JP2019120534A

JP2019120534A - 溶接用センサ装置

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Publication number: JP2019120534A
Application number: JP2017253865A
Authority: JP
Inventors: 信博谷; Nobuhiro Tani; 洋和齊藤; Hirokazu Saito
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2017-12-28
Publication date: 2019-07-22
Anticipated expiration: 2037-12-28
Also published as: CN109967826B; JP6986963B2; CN109967826A

Abstract

【課題】ワークからの溶接時の輻射熱により、遮蔽部の表面を含む表層が繰り返し加熱されると、熱膨張差により、遮蔽部が損傷することがある。【解決手段】溶接されるワークＷの状態またはワークＷまでの距離を測定するセンサユニット２と、センサユニット２を収容する収容ケース３と、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に向かう輻射熱を遮蔽する遮蔽部材５と、を有した収容体３Ａと、を少なくとも備える。遮蔽部材５の内部には、冷却媒体が流れる冷却流路５４が形成されている。【選択図】図８

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、ワークの形状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、ハウジング（ケース本体）と保護カバーとで構成された収容ケース（収容部）に収容されている。保護カバーには、溶接時に発生するワークからのスパッタを遮蔽する遮蔽部が形成されている。

特開２００４−１９５５０２号公報

ここで、特許文献１の溶接用センサ装置によれば、溶接部からセンサユニットが収容された収容部に向かう輻射熱を、遮蔽部により遮蔽することができるため、輻射熱に起因したセンサユニットの加熱を低減することができる。しかしながら、たとえば、連続して長時間溶接を行う場合、溶接部からの輻射熱が遮蔽部に連続して入熱されることがある。この他にも、たとえば、これまでよりも板厚が厚い被溶接部材同士を溶接する場合、溶接部に入熱されるエネルギをこれまでよりも高く設定されることもある。これらの場合には、溶接部から遮蔽部に入熱される輻射熱のエネルギが、これまで以上に大きくなり、結果として、遮蔽部の熱が収容部に伝わり、センサユニットが想定以上に加熱されてしまうことがある。

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、溶接時にワークからセンサユニットに向かう輻射熱が、遮蔽部からセンサユニットを収容する収容部に伝導することを低減す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。

前記課題を鑑みて、本発明に係る溶接用センサ装置は、溶接されるワークの状態または前記ワークまでの距離を測定するセンサユニットと、前記センサユニットを収容する収容部と、前記ワークの溶接時に発生する輻射熱のうち、前記収容部に向かう輻射熱を遮蔽する遮蔽部と、を有した収容体と、を少なくとも備えた、溶接用センサ装置であって、前記遮蔽部の内部には、冷却媒体が流れる冷却流路が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、溶接用センサ装置の収容体が、遮蔽部を備えることにより、ワークの溶接時に発生する輻射熱のうち、収容部に向かう輻射熱を、遮蔽部で遮蔽することができる。これにより、この輻射熱により、収容部に収容されたセンサユニットが加熱されることを抑えることができる。

さらに、遮蔽部の内部に、冷却媒体が流れる冷却流路が形成されているので、溶接部からの輻射熱で遮蔽部に入熱された熱を、冷却流路を流れる冷却媒体で吸熱することができる。これにより、溶接部から遮蔽部に入熱される輻射熱のエネルギが、これまで以上に大きくなったとしても、輻射熱が起因した遮蔽部の温度上昇を抑えることができる。この結果、溶接時にワークからセンサユニットに向かう輻射熱により、遮蔽部から、センサユニットを収容する収容部に熱が伝わることを低減することができる。

ここで、遮蔽部の内部に冷却媒体を流すことができるのであれば、冷却流路を流れる放出口の位置は、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、前記ワークが溶接される側に面した側を前記遮蔽部の表側表面とし、その反対側の表面を裏側表面としたときに、前記冷却流路を流れる冷却媒体の放出口が、前記遮蔽部の裏側表面に形成されている。

この態様によれば、冷却媒体の放出口が、遮蔽部の裏側表面に形成されているので、裏面表面側から冷却媒体が放出される。この放出された冷却媒体により、収容部（具体的にはセンサユニット）に向かう溶接時のヒューム等を押し流すことができる。このような結果、ヒューム等が起因したセンサユニットの計測誤差等を低減することができる。また、遮蔽部の表側表面には、冷却媒体が放出されにくいため、例えばレーザ溶接などに際に、この冷却媒体に起因して、溶接部の回りに放出されるシールドガスが乱れることはない。

また、このような放出口のより好ましい態様としては、前記遮蔽部は、前記収容部から前記ワーク側に向かって延在しており、前記遮蔽部の先端側の周縁に沿って、前記放出口が形成されている。この態様によれば、ワークから収容部に向かうヒュームを、ワークにより近い位置で、より確実に、冷却媒体で押し流すことができる。

また、遮蔽部を冷却媒体で冷却することができるのであれば、冷却流路の形状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、前記遮蔽部は、前記収容部から前記ワーク側に向かって延在しており、前記冷却流路は、前記遮蔽部の先端に向かって広がるように形成されている。

この態様によれば、冷却流路が、遮蔽部の先端に向かって広がるように形成されているため、ワークの溶接部により近い遮蔽部の先端側を、冷却流路を流れる冷却媒体により効果的に冷却することができる。

さらに、さらに遮蔽部の内部に冷却媒体を流すことができるのであれば、冷却流路の構造は特に限定されるものではないが、より好ましくは、前記遮蔽部は、前記収容部から前記ワーク側に向かって延在しており、前記冷却流路は、前記遮蔽部の先端に向かって前記冷却媒体が流れるように形成されており、前記冷却流路には、前記遮蔽部の基端から先端に沿った方向に、複数のフィンが形成されている。

この態様によれば、複数のフィンが形成されているので、冷却通路の内壁面からの遮蔽部に入熱された熱の放熱性を高めることができる。特に、この態様では、複数のフィンは、冷却通路の遮蔽部の基端から先端に沿った方向に形成されているため、冷却流路に流れる冷却媒体が遮蔽部の先端側に放出する構造を容易に採用することができる。

さらに別の好ましい態様としては、前記遮蔽部は、板状であり、前記冷却流路は、前記遮蔽部の厚さ方向の断面における前記遮蔽部の中心線よりも、前記ワークが溶接される側の遮蔽部の内部に形成されている。

ワークが溶接される側の遮蔽部の部分は、溶接部からの輻射熱により、加熱されやすいところ、この態様では、冷却流路が、遮蔽部の厚さ方向の断面における遮蔽部の中心線よりも、ワークが溶接される側の遮蔽部の内部に形成されているため、冷却媒体による遮蔽部の冷却効率を高めることができる。

ここで、冷却通路に冷却媒体を導入することができるのであれば、冷却流路に導入する冷却媒体の導入口の位置は、特に限定されるものではないが、より好ましくは、前記ワークが溶接される側に面した側を前記遮蔽部の表側表面とし、その反対側の表面を裏側表面としたときに、前記冷却流路への冷却媒体の導入口が、前記遮蔽部の裏側表面に形成されている。

この態様によれば、冷却流路への冷却媒体の導入口が、遮蔽部の裏側表面に形成されているので、たとえば、収容部に導入される冷却媒体、センサユニットにパージされるパージ用媒体の一部を、遮蔽部に供給することができる。このため、冷却流路に供給するための冷却媒体の供給源を新たなに設ける必要がないので、溶接用センサ装置の構造をシンプルにすることができ、小型化を図ることができる。

ここで、遮蔽部は複数の板状部材を重ね合わせた構造であってもよく、収容部に向かう輻射熱を遮蔽することができ、この輻射熱により耐久性を有するのであれば、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、前記遮蔽部は、複数の板状部材を重ね合わせた構造であり、前記複数の板状部材は、ワークが溶接される側に面した前記遮蔽部の表面が形成された表面板状部材と、ワークが溶接される側に面した表面と反対側の前記遮蔽部の裏面が形成された裏面板状部材と、前記表面板状部材と前記裏面板状部材とにより挟み込むことにより、前記冷却流路を形成する中間板状部材とを少なくとも備える。

この態様によれば、遮蔽部を構成する複数の板状部材のうち、ワークが溶接される側に面した遮蔽部の表面に表面板状部材が形成されているので、遮蔽部に溶接時のスパッタ等が付着した際には、遮蔽部全体を取り換える必要はなく、表面板状部材のみを取り換えればよいので、メンテナンス性を高めることができる。また、表面板状部材と、中間板状部材と、裏面板状部とのそれぞれに、最適な材料を選定することができる。たとえば、表面板状部材が、セラミックス材料からなり、裏面板状部材を、金属材料からなり、中間板状部材の材料を、金属材料にすれば、溶接時の輻射熱が表面板状部材から収容部に伝達されることを抑えることができる。また、仮に、表面板状部材から伝わる輻射熱に起因した熱は、中間板状部材と裏面板状部材に伝達したとしても、これを、冷却媒体で効率良く吸熱することができるので、輻射熱の熱伝導が起因した裏面板状部材の温度上昇を抑えることができる。

本発明によれば、溶接時にワークからセンサユニットに向かう輻射熱が、遮蔽部からセンサユニットを収容する収容部に伝導することを低減することができる。

本発明の第１実施形態に係る溶接装置に取付けられた状態の溶接用センサ装置の模式的側面図である。図１に示す溶接用センサ装置を一方側から視た模式的斜視図である。図１に示す溶接用センサ装置を他方側から視た模式的斜視図である。図１に示す溶接用センサ装置の模式的側面図である。図２に示す溶接用センサ装置の遮蔽部材と保護カバーとの模式的分解斜視図である。遮蔽部材を一方側から視た模式的分解斜視図である。遮蔽部材を他方側から視た模式的分解斜視図である。（ａ）は、図６のＡ−Ａ線に沿った矢印方向の模式的断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った矢印方向の断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った矢印方向の断面図である。（ａ）および（ｂ）は、第１実施形態の変形例に係る遮蔽部材の背面図である。第２実施形態に係る遮蔽部材を一方側から視た模式的分解斜視図である。第２実施形態に係る遮蔽部材を他方側から視た模式的分解斜視図である。（ａ）は、図１０のＤ−Ｄ線に沿った矢印方向の模式的断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＥ−Ｅ線に沿った矢印方向の断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のＦ−Ｆ線に沿った矢印方向の断面図である。第３実施形態に係る溶接用センサ装置を一方側から視た模式的斜視図である。（ａ）は、図８（ａ）に示す断面に相当する図９の遮蔽部材の模式的断面図であり、（ｂ）は、図８（ｂ）に示す断面に相当する図９の遮蔽部材の模式的断面図である。（ａ）および（ｂ）は、第３実施形態の変形例に係る遮蔽部材の模式的断面図である。

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１５を参照しながら詳述する。

＜第１実施形態＞
以下に図１〜図９を参照して、第１実施形態に係るセンサ装置１を説明する。
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が溶融するとともに、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を備えた収容ケース（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と、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。なお、これらの構成は、後述する第２および第３実施形態に係る溶接装置も同様である。

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。

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と検出部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。

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、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。その他にも、センサユニットが、超音波または電磁波を利用して、溶接されるワークＷの状態またはワークＷまでの距離を測定してもよい。なお、これらの構成は、後述する第２および第３実施形態に係る溶接装置も同じである。

３．収容ケース３について
図１および図４に示すように、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が通過するように構成されている。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、この開口した部分に、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）が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。

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。なお、図２〜４では、センサ装置１の表面うち、溶接装置９が配置される側の表面を表側表面３０ａとし、その反対側を裏側表面３０ｂとして表している。

図４に示すように、ケース本体３０には、保護カバー４０に連通するパージ用の第１ガス流路３５が形成されている。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る。ここで、溶接時にセンサ装置１の後述する第１および第２放出口４２、４３からパージエアを放出し、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に向かう電力の供給、および、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を介して保護カバー４０に気体を供給するガス供給口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。

３−２．保護カバー４０について
図２〜４に示すように、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る。保護カバー４０は、例えば、金属材料または樹脂材料からなり、ケース本体３０の底面側からネジなどの締結具７４により取付けられている。保護カバー４０は、ケース本体３０に取付けることにより、第１ガス流路３５に連通した第２ガス流路４５が形成されており、第２ガス流路４５には、第１放出口４２および第２放出口４３が形成されている。

第１放出口４２は、第２ガス流路４５からの気体が放出されるとともに、投光装置２１ａから投光されたレーザ光Ｌ１が通過する位置に形成されている。第１放出口４２の下流には、第２放出口４３がさらに形成されており、第２放出口４３は、第２ガス流路４５から気体が放出されるとともに、受光装置２２ａから投光されたレーザ光Ｌ２が通過する位置に形成されている。第２放出口４３は、後述する遮蔽部材５の裏側表面５０ｂに、放出された気体が吹き付けられるように形成されている。これにより、遮蔽部材５の放熱性を高めることができる。

さらに、図５に示すように、保護カバー４０には、後述する遮蔽部材５を取り付けるための第１取付け部４７が形成されており、第１取付け部４７には、シャフト（取付け具）７３を挿通する貫通孔４７ａが形成されている。さらに、第１取付け部４７には、レーザ光Ｌ１、Ｌ２等に対して適切な角度で、遮蔽部材５を保護カバー４０に取付けるための設置面４７ｂが形成されている。

さらに、保護カバー４０には、第２ガス流路４５に連通し、冷却用の気体（流体）を供給するための供給口４７ｃが形成されている。この冷却用の気体は、上述したパージ用の気体（パージエア）である。

４．遮蔽部材５について
図１〜４に示すように、センサ装置１を構成する遮蔽部材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、第１および第２放出口４２、４３）に向かう輻射熱Ｈ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。遮蔽部材５は、板状の部材であり、収容ケース３からワークＷ側に向かって延在している。

ここで、図５〜図７に示すように、ワークＷが溶接される側を遮蔽部材５の表側とし、その反対側を裏側としたときに、遮蔽部材５の裏面には、保護カバー４０に取付けるための一対の第２取付け部５７、５７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、保護カバー４０の第１取付け部４７は、遮蔽部材５の２つの第２取付け部５７、５７の間に配置される。

第２取付け部５７には、シャフト７３を挿通する貫通孔５７ａが形成されている。ここで、２つの第２取付け部５７、５７の間に、第１取付け部４７が配置され、かつ、設置面４７ｂに遮蔽部材５を設置した状態で、第１取付け部４７の貫通孔４７ａと、第２取付け部５７の貫通孔５７ａとが繋がり、１つの貫通孔となる。これにより、シャフト７３を、第１取付け部４７の貫通孔４７ａと、第２取付け部５７の貫通孔５７ａとに、遮蔽部材５の幅方向（横方向）から、挿通することができる。これにより、シャフト７３の頭部７３ｃと、ネジ体７３ｂの頭部７３ｄで挟み込み、遮蔽部材５を保護カバー４０に取付けることができる。

図６〜図８に示すように、本実施形態に係る遮蔽部材５は、第１板状部材５１と第２板状部材５２を重ね合わせた構造であり、遮蔽部材５の内部には、冷却媒体（エア）が流れる冷却流路５４が形成されている。第１板状部材５１と第２板状部材５２とは、接着剤を介して接着されていてもよく、たとえば、ネジなどの締結具（図示せず）により分離可能に密着していてもよい。これにより、冷却流路５４内の空間を封止することができる。本実施形態では、図６および図７に示すように、冷却流路５４は、第１板状部材５１の凹部５４ａと、第２板状部材５２の凹部５４ｂとにより形成されている。

さらに、冷却流路５４には、複数（具体的には４つの）フィン５６が形成されており、より具体的には、フィン５６は、ワークＷが溶接される側に配置された第１板状部材５１の凹部５４ａに形成されている。

フィン５６は、冷却媒体が流れる方向に沿って形成されており、本実施形態では、フィン５６は、遮蔽部材５の基端から先端に沿った方向（すなわち、収容ケース３側からワークＷ側に向かって）形成されている。このフィン５６により、冷却流路５４を流れる冷却媒体の流れを整流化し、安定して冷却媒体を流すことができる。これに加えて、第１板状部材５１からの熱を、冷却媒体により効率的に吸熱することができる。

図８（ｃ）に示すように、フィン５６は、第２板状部材５２に当接しているが、例えば、より好ましい態様としては、フィン５６が第２板状部材５２と非接触である（これらの間に間隙が形成されている）。この場合には、フィン５６を介して第１板状部材５１から第２板状部材５２に熱を伝達することを抑えることができる。

本実施形態では、Ｗワークが溶接される側に面した側を遮蔽部材５の表側表面５０ａとし、その反対側の表面を裏側表面５０ｂとしたときに、冷却流路５４への冷却媒体の導入口５８が、遮蔽部材５の裏側表面５０ｂに形成されている。導入口５８は、第２板状部材５２に形成され、保護カバー４０に形成された供給口４７ｃに連通している。これにより、第２ガス流路４５から供給口４７ｃに流れる冷却媒体（エア）を、冷却流路５４に流すことができる。

このように、冷却流路５４への冷却媒体の導入口５８が、遮蔽部材５の裏側表面５０ｂに形成されているので、たとえば、収容ケース３に導入される冷却用のエア、センサユニット２にパージされるパージエアの一部を、遮蔽部材５に供給することができる。このため、冷却流路５４に供給するための冷却媒体の供給源を新たなに設ける必要がないので、センサ装置１の構造をシンプルにすることができ、小型化を図ることができる。

さらに、本実施形態では、冷却流路５４を流れる冷却媒体の放出口５９が、遮蔽部材５の裏側表面５０ｂに形成されている。本実施形態では、放出口５９は、第２板状部材５２に形成されており、より具体的には、遮蔽部材５の先端側に形成されている。

このように構成することにより、冷却媒体の放出口５９が形成された裏側表面５０ｂ側から冷却媒体が放出される。この放出された冷却媒体により、収容ケース３（具体的にはセンサユニット２）に向かう溶接時のヒューム等を押し流すことができる。このような結果、ヒューム等が起因したセンサユニット２の計測誤差等を低減することができる。また、遮蔽部材５の表側表面５０ａには、冷却媒体が放出されにくいため、例えばレーザ溶接などに際に、この冷却媒体に起因して、溶接部の回りに放出されるシールドガスが乱れることはない。

ここで、この実施形態では、放出口５９を遮蔽部材５の裏側表面５０ｂ側の先端に形成したが、たとえば、図９（ａ）に示すように、遮蔽部材５の先端側の周縁に沿って、放出口５９を複数配列してもよい。また、図９（ｂ）に示すように、遮蔽部材５の先端側の周縁に沿って、スリットとなる放出口５９を形成してもよい。このように構成することにより、ワークＷから収容ケース３に向かうヒュームを、ワークＷにより近い位置で、より確実に、冷却媒体で押し流すことができる。

ここで、第１および第２板状部材５１、５２の材料は、７００℃以上の耐熱温度（少なくとも融点）を有している材料からなることが好ましく、７００℃以上でも機械的強度が低下し難い材料がより好ましい。たとえば、第１および第２板状部材５１、５２の材料は、金属材料またはセラミックス材料などを挙げることができ、ワークＷの溶接時に発生する輻射熱に対して、耐熱性を有する材料であれば、特に限定されるものではない。たとえば、金属材料としては、鋳鉄、鋼、アルミニウム、銅、または、黄銅などを挙げることができ、セラミックス材料としては、アルミナ、イットリア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニア、コージライト、サーメット、ステタイト、ムライト、窒化アルミニウム、またはサファイア等を挙げることができる。

本実施形態では、第１板状部材５１は、上述したセラミックス材料からなり、第２板状部材５２は、上述したセラミックス材料または金属材料からなる。これにより、セラミックス材料は、金属材料に比べて、熱伝導性が低いため、表側に位置する第１板状部材５１で、輻射熱Ｈを遮蔽することができる。一方、第２板状部材５２を金属材料にすることにより、金属材料は、セラミックス材料に比べて、熱伝導率が高いため、輻射熱のうち伝熱された一部の熱は、裏側に位置する第２板状部材５２で、遮蔽部材５の裏側表面５０ｂから、より効果的に放熱することができる。特に、本実施形態では、第２板状部材５２に、保護カバー４０からのパージエアを吹き付けているので、第２板状部材５２の放熱性を高めることができる。

本実施形態では、センサ装置１の収容体３Ａが、遮蔽部材５を備えることにより、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に向かう輻射熱を、遮蔽部材５で遮蔽することができる。これにより、この輻射熱により、収容ケース３に収容されたセンサユニット２が加熱されることを抑えることができる。特に、遮蔽部材５の第１板状部材５１は、セラミックス材料からなるので、遮蔽部材５の耐熱性を確保することができる。

さらに、遮蔽部材５の内部には、冷却媒体が流れる冷却流路５４が形成されているので、溶接部からの輻射熱で遮蔽部材５に入熱された熱を、冷却流路５４を流れる冷却媒体で吸熱することができる。これにより、溶接部から遮蔽部材５に入熱される輻射熱のエネルギが、これまで以上に大きくなったとしても、輻射熱が起因した遮蔽部材５の温度上昇を抑えることができる。この結果、溶接時にワークＷからセンサユニット２に向かう輻射熱により、遮蔽部材５から、センサユニット２を収容する収容部に熱が伝わることを低減することができる。

＜第２実施形態＞
以下に図１０〜図１２を参照して、第２実施形態に係るセンサ装置１を説明する。なお、第２実施形態では、第１実施形態に対して、遮蔽部材５の構造のみが、相違するので、その他の構成は、同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。

本実施形態では、図１１および図１２に示すように、遮蔽部材５は、第１〜第３板状部材５１〜５３を重ね合わせた構造である。本実施形態では、第１板状部材５１は、ワークＷが溶接される側に面した遮蔽部材５の表面が形成された表面板状部材であり、第３板状部材５３は、ワークが溶接される側に面した表面と反対側の遮蔽部材５の裏面が形成された裏面板状部材である。第２板状部材５２は、第１板状部材５１と第３板状部材５３とにより挟み込むことにより、導入口５８から放出口５９までの冷却流路５４を形成する中間板状部材である。第１〜第３板状部材５１〜５３は、冷却流路５４内の空間が、密閉されるように密着しており、これらは、接着剤を介して接着されていてもよく、たとえば、ネジなどの締結具（図示せず）により分離可能に密着していてもよい。

本実施形態では、第１板状部材５１は、平板状であり、第２板状部材５２に、凹部５４ａを設けることにより、第１板状部材５１と第２板状部材５２とを重ね合わせて、導入口５８と放出口５９を除く、冷却流路５４が形成されている。

図１２（ａ）および（ｃ）に示すように、冷却流路５４は、遮蔽部材５の厚さ方向の断面における遮蔽部材の中心線ＣＬよりも、ワークＷが溶接される側の遮蔽部材５の内部に形成されている。

ワークＷが溶接される側の遮蔽部材５の部分は、溶接部からの輻射熱により、加熱されやすいところ、本実施形態では、冷却流路５４が、遮蔽部材５の厚さ方向の断面における遮蔽部材５の中心線ＣＬよりも、ワークＷが溶接される側の遮蔽部材５の内部に形成されているため、冷却媒体による遮蔽部材５の冷却効率を高めることができる。

さらに、第２板状部材５２の凹部５４ａには、第１実施形態と同様のフィン５６が形成されており、図１２（ｃ）に示すように、フィン５６は、第１板状部材５１に当接しているが、これらの間に隙間が形成されていてもよい。第２板状部材５２には、さらに、第３板状部材５３の導入口５８と放出口５９に連通する貫通孔５８ａ、５９ａが形成されている。

この態様によれば、遮蔽部材５を構成する第１〜第３板状部材５１〜５３のうち、ワークＷが溶接される側に面した遮蔽部材５の表面に第１板状部材５１が形成されている。このため、遮蔽部材５に溶接時のスパッタ等が付着した際には、遮蔽部材５全体を取り換える必要はなく、第１板状部材５１のみを取り換えればよいので、メンテナンス性を高めることができる。さらに、冷却流路５４の形状を変更する際には、第２板状部材５２の形状を変更すればよいので、冷却効率の高い冷却流路に容易に変更することができる。

また、第１〜第３板状部材５１〜５３のそれぞれに、最適な材料を選定することができる。たとえば、第１板状部材５１が、上述したセラミックス材料からなり、第３板状部材５３を、金属材料からなり、第２板状部材５２の材料を、金属材料にすれば、溶接時の輻射熱が第１板状部材５１から収容ケース３に伝達されることを抑えることができる。また、仮に、表面板状部材から伝わる輻射熱に起因した熱は、第２板状部材５２と第３板状部材５３に伝達したとしても、これを、冷却媒体で効率良く吸熱することができるので、輻射熱の熱伝導が起因した第３板状部材５３の温度上昇を抑えることができる。

＜第３実施形態＞
以下に図１３〜図１５を参照して、第３実施形態に係るセンサ装置１を説明する。なお、第２実施形態では、第１実施形態に対して、遮蔽部材５の構造と、冷却媒体の供給ルートが相違するので、その他の構成は、同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。

第３実施形態では、保護カバー４０に、供給口４７ｃを設けずに、別途、冷却媒体を供給する供給管８０が設けられている。供給管８０を流れる冷却媒体は、第２ガス流路４５に流れる気体として、例示したものと同じである。本実施形態では、供給管８０の先端８１は、遮蔽部材５の基端において、第１板状部材５１と第２板状部材５２により形成された導入口５８に冷却媒体が流れるように配置されている。

図１４に示すように、供給管８０の先端８１は、導入口５８に連通している。導入口５８は、第１板状部材５１と第２板状部材５２とを重ね合われることにより形成されている。本実施形態では、遮蔽部材５の基端側からその先端側に向かって、冷却媒体を円滑に流すことができる。

ここで、図１５（ａ）に示すように、遮蔽部材５は、収容ケース３からワークＷ側に向かって延在しており、冷却流路５４Ａは、遮蔽部材５の先端に向かって広がるように形成されていてもよい。このように、冷却流路５４が、遮蔽部材５の先端に向かって広がるように形成されているため、ワークＷの溶接部により近い遮蔽部材５の先端側を、冷却流路５４を流れる冷却媒体により効果的に冷却することができる。

また、図１５（ｂ）に示すように、冷却流路５４Ｂを、ワークＷ側において、サーペンタイン状にしてもよい。これにより、冷却流路５４Ｂに流れる冷却媒体に、入熱された熱を効率的に吸収することができる。

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、特許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。

例えば、本実施形態では、冷却媒体に気体を用いたが、遮蔽部材内に流れる冷却媒体を回収することができるのであれば、液体であってもよい。さらに、第１実施形態では、冷却流路内にフィンを設けたが、たとえば、これを省略してもよい。また、第１実施形態のフィンを省略し、冷却流路を図１５（ａ）および（ｂ）に示す形状にしてもよい。

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、３Ａ：収容体、３：収容ケース、３０：ケース本体、３５：第１ガス流路、４０：保護カバー、５：遮蔽部材、５１：第１板状部材（表面板状部材）、５２：第２板状部材（中間板状部材）、５３：第３板状部材（裏面板状部材）、５４：冷却流路、５６：フィン、５７：第２取付け部、５７ａ：貫通孔、５８：導入口、５９：放出口、７３：シャフト、７５：留め具、Ｌ１，Ｌ２：レーザ光、Ｗ：ワーク

Claims

溶接されるワークの状態または前記ワークまでの距離を測定するセンサユニットと、
前記センサユニットを収容する収容部と、前記ワークの溶接時に発生する輻射熱のうち、前記収容部に向かう輻射熱を遮蔽する遮蔽部と、を有した収容体と、
を少なくとも備えた、溶接用センサ装置であって、
前記遮蔽部の内部には、冷却媒体が流れる冷却流路が形成されていることを特徴とする溶接用センサ装置。
前記ワークが溶接される側に面した側を前記遮蔽部の表側表面とし、その反対側の表面を裏側表面としたときに、
前記冷却流路を流れる冷却媒体の放出口が、前記遮蔽部の裏側表面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。
前記遮蔽部は、前記収容部から前記ワーク側に向かって延在しており、前記遮蔽部の先端側の周縁に沿って、前記放出口が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の溶接用センサ装置。
前記遮蔽部は、前記収容部から前記ワーク側に向かって延在しており、前記冷却流路は、前記遮蔽部の先端に向かって広がるように形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の溶接用センサ装置。
前記遮蔽部は、前記収容部から前記ワーク側に向かって延在しており、前記冷却流路は、前記遮蔽部の先端に向かって前記冷却媒体が流れるように形成されており、
前記冷却流路には、前記遮蔽部の基端から先端に沿った方向に、複数のフィンが形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の溶接用センサ装置。
前記遮蔽部は、板状であり、
前記冷却流路は、前記遮蔽部の厚さ方向の断面における前記遮蔽部の中心線よりも、前記ワークが溶接される側の前記遮蔽部の内部に形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の溶接用センサ装置。
前記ワークが溶接される側に面した側を前記遮蔽部の表側表面とし、その反対側の表面を裏側表面としたときに、
前記冷却流路への冷却媒体の導入口が、前記遮蔽部の裏側表面に形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の溶接用センサ装置。
前記遮蔽部は、複数の板状部材を重ね合わせた構造であり、
前記複数の板状部材は、ワークが溶接される側に面した前記遮蔽部の表面が形成された表面板状部材と、ワークが溶接される側に面した表面と反対側の前記遮蔽部の裏面が形成された裏面板状部材と、前記表面板状部材と前記裏面板状部材とにより挟み込むことにより、前記冷却流路を形成する中間板状部材とを少なくとも備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の溶接用センサ装置。