JP5445718B2 - 溶接継手の突合せ位置検出方法、溶接継手の突合せ位置検出装置、溶接継手の製造方法 - Google Patents

溶接継手の突合せ位置検出方法、溶接継手の突合せ位置検出装置、溶接継手の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、溶接継手を構成する２つの部材の突合せ位置を検出する溶接継手の突合せ位置検出方法、溶接継手の突合せ位置検出装置、および溶接継手を構成する２つの部材の突合せ位置を検出しつつ溶接継手を製造する溶接継手の製造方法に関するものである。
溶接継手を構成する２つの部材の突合せ位置を検出する技術に関し、特許文献１には、部材同士の突合せ部に可視光を投光する投光部と、突合せ部を撮影する撮影装置と、画像の暗部を突合せ位置として検出する突合せ位置手段を備え、投光部は突合せ線と直交する方向で、突合せ線の両側にあって突合せ部を斜め方向から照明する技術が開示されている。そして、この特許文献１の技術では、投光器の点灯を切替えて、突合せ部のエッジ明瞭度が高い投光器を突合せ部の照明に定めている。
また、特許文献２には、ワーク間の段差部に向けてスリットレーザ発振器で斜めに光を投光し、ＣＣＤラインセンサでこの反射光を受光し、ＣＣＤラインセンサが受光した光の光量において高光量から低光量に変化した位置をもとにワーク間の突合せ位置をマイコンで算出する技術が開示されている。
さらに、特許文献３には、光切断法において、撮像光軸方向に所定ステップ量で移動する撮像部により撮像し、多重反射光の影響を抑制して表面形状を検出する技術が開示されている。
特開平１０−３１１７０７号公報 特開平１１−１５６５７７号公報 特開２０１０−１６４３７７号公報
しかしながら、特許文献１の技術では、両部材側に配置した投光器の点灯を切り替え、固体毎に適した光源を選択するため、検出プロセスに多く時間を費やして溶接工程に要する時間が長くなってしまい、生産ラインにおける溶接工程に導入することが困難である。また、２台の投光機を溶接線に垂直な平面上に左右対称（両部材側）に設置し、受光機を溶接線上に設置しなくてはならず、設備が複雑になる。また、両部材側に投光器を設置するスペースが必要となるため、対象部品の形状や大きさなどが制限され、対象部品の設計自由度が低くなってしまう。
また、特許文献２の技術は、板厚の異なる部材を突き合わせて段差部を形成したワークにしか適用できないので、対象となるワークの形状が限定されてしまう。また、特許文献１と同様に、投光機と受光機を溶接線に垂直な平面上に左右対称（両部材側）に設置しなくてはならず、設備が複雑になる。さらに、両部材側に設置するスペースが必要となるため、対象となるワークの形状や大きさなどが制限され、対象となるワークの設計自由度が低くなってしまう。
また、特許文献３では、撮像光軸方向に所定ステップ量で移動する機構が必要になるので、設備が複雑になり、コストが高くなってしまう。
その他、溶接継手の両部材間の突合せ位置において凹部が存在する場合には、投光器からの入射光の錯乱や乱反射が起こって明瞭な突合せ位置の形状プロファイルが得られず、当該凹部のエッジ部の計測が困難となるおそれがある。そのため、両部材間の突合せ位置を精度よく検出することができない。
そこで、本発明は、コストを低減しながら両部材間の突合せ部の位置を精度良く検出することができる溶接継手の突合せ位置検出方法、溶接継手の突合せ位置検出装置、および当該突合せ位置検出方法を実施する溶接継手の製造方法を提供すること、を課題とする。
上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、第１部材の接合面と第２部材の接合面とを突き合わせた突合せ部に２次元変位センサの照射光を照射して前記突合せ部の位置を検出する溶接継手の突合せ位置検出方法において、前記第１部材と前記第２部材との配列方向を第１方向とし、前記第１方向に直交し前記２次元変位センサと前記第１部材とを配列する方向を第２方向とするときに、前記第１部材は前記第１部材の接合面の前記第２方向の端部に形成される角部と前記角部を前記第１部材の接合面との境界部分で形成する面取り部とを備えており、前記第２部材は前記第２部材の接合面の前記第２方向の端部に形成される角部と前記角部を前記第２部材の接合面との境界部分で形成する面取り部とを備えており、前記第２方向について前記第２部材の前記角部を前記第１部材の前記角部よりも外側の位置に配置させ、前記２次元変位センサを前記第１方向について前記突合せ部よりも前記第１部材側の位置にて前記照射光が前記第２部材の前記面取り部や前記第２部材の前記角部や前記第２部材の接合面に照射するように配置し、かつ前記第２方向と前記照射光の光軸方向とが交わる角度θｓおよび前記第２方向と前記第１部材の前記面取り部の形成方向とが交わる角度θａについて０°＜θｓ＜θａの条件式を満たすように配置すること、を特徴とする。
この態様によれば、２次元変位センサを第１方向について突合せ部よりも第１部材側の位置に配置し、かつ、第２方向に対して角度θｓで傾けて配置している。そして、この角度θｓを、第２方向に対して第１部材の面取り部の形成方向がなす角度θａよりも小さくしている。そのため、第１部材の面取り部での錯乱光や乱反射光は第２部材側に反射して２次元変位センサに受光されにくくなる。このようにして、２次元変位センサに対する第１部材の面取り部での錯乱光や乱反射光の影響を簡素な機構により排除して、２次元変位センサにより明瞭な２次元断面プロファイルを計測することができる。したがって、コストを低減しながら、この２次元断面プロファイルをもとに第１部材の接合面と第２部材の接合面とを突き合わせた突合せ部の位置を精度良く検出することができる。また、２次元変位センサが配置される位置から見て第２部材の角部が常に露出していることになる。そのため、２次元変位センサで計測した２次元断面プロファイルにおいて、第２部材の角部が常に明瞭に表れる。したがって、この２次元断面プロファイルにて第２部材の角部の位置を特定することが容易になる。
上記の態様においては、前記２次元変位センサで計測した２次元断面プロファイルにて前記第２部材の前記角部の位置を特定することにより前記突合せ部の位置を検出すること、が好ましい。
この態様によれば、第１部材の接合面と第２部材の接合面とを突き合わせた突合せ部の位置をより確実に精度良く検出することができる。
上記の態様においては、前記第２部材の前記角部の位置を指示する前記第２方向の寸法の下限値を前記第１部材の前記角部の位置を指示する前記第２方向の寸法の上限値よりも大きくすること、が好ましい。
この態様によれば、第１部材の角部と第２部材の角部との位置関係を第１部材と第２部材の設計時から管理することができる。そのため、２次元変位センサが配置される位置から見て第２部材の角部が確実に露出するように設定することができる。したがって、第１部材の接合面と第２部材の接合面とを突き合わせた突合せ部の位置をさらに確実に精度良く検出することができる。
上記の態様においては、前記第１部材はデフケースであり、前記第２部材はリングギヤであること、が好ましい。
この態様によれば、デフケースとリングギヤとの突合せ部の位置を精度良く検出することができる。そして、この検出結果をもとにデフケースとリングギヤとの突合せ部の位置と溶接手段の位置との調整を行いながらデフケースとリングギヤとの突合せ部を溶接することにより、溶接品質の優れたデフケースとリングギヤとからなる溶接継手を製造することができる。
上記課題を解決するためになされた本発明の他の態様は、第１部材の接合面と第２部材の接合面とを突き合わせた突合せ部に２次元変位センサの照射光を照射して前記突合せ部の位置を検出する溶接継手の突合せ位置検出装置において、前記第１部材と前記第２部材との配列方向を第１方向とし、前記第１方向に直交し前記２次元変位センサと前記第１部材とを配列する方向を第２方向とするときに、前記第１部材は前記第１部材の接合面の前記第２方向の端部に形成される角部と前記角部を前記第１部材の接合面との境界部分で形成する面取り部とを備えており、前記第２部材は前記第２部材の接合面の前記第２方向の端部に形成される角部と前記角部を前記第２部材の接合面との境界部分で形成する面取り部とを備えており、前記第２方向について前記第２部材の前記角部を前記第１部材の前記角部よりも外側の位置に配置させ、前記２次元変位センサを前記第１方向について前記突合せ部よりも前記第１部材側の位置にて前記照射光が前記第２部材の前記面取り部や前記第２部材の前記角部や前記第２部材の接合面に照射するように配置し、かつ前記第２方向と前記照射光の光軸方向とが交わる角度θｓおよび前記第２方向と前記第１部材の前記面取り部の形成方向とが交わる角度θａについて０°＜θｓ＜θａの条件式を満たすように配置すること、を特徴とする。
この態様によれば、２次元変位センサを第１方向について突合せ部よりも第１部材側の位置に配置し、かつ、第２方向に対して角度θｓで傾けて配置している。そして、この角度θｓを、第２方向に対して第１部材の面取り部の形成方向がなす角度θａよりも小さくしている。そのため、第１部材の面取り部での錯乱光や乱反射光は第２部材側に反射して２次元変位センサに受光されにくくなる。このようにして、２次元変位センサに対する第１部材の面取り部での錯乱光や乱反射光の影響を簡素な機構により排除して、２次元変位センサにより明瞭な２次元断面プロファイルを計測することができる。したがって、コストを低減しながら、この２次元断面プロファイルをもとに第１部材の接合面と第２部材の接合面とを突き合わせた突合せ部の位置を精度良く検出することができる。また、２次元変位センサが配置される位置から見て第２部材の角部が常に露出していることになる。そのため、２次元変位センサで計測した２次元断面プロファイルにおいて、第２部材の角部が常に明瞭に表れる。したがって、この２次元断面プロファイルにて第２部材の角部の位置を特定することが容易になる。
上記課題を解決するためになされた本発明の他の態様は、第１部材の接合面と第２部材の接合面とを突き合わせた突合せ部を溶接手段により接合する溶接継手の製造方法において、前記第１部材と前記第２部材との配列方向を第１方向とし、前記第１方向に直交し２次元変位センサと前記第１部材とを配列する方向を第２方向とするときに、前記第１部材は前記第１部材の接合面の前記第２方向の端部に形成される角部と前記角部を前記第１部材の接合面との境界部分で形成する面取り部とを備えており、前記第２部材は前記第２部材の接合面の前記第２方向の端部に形成される角部と前記角部を前記第２部材の接合面との境界部分で形成する面取り部とを備えており、前記第２方向について前記第２部材の前記角部を前記第１部材の前記角部よりも外側の位置に配置させ、前記２次元変位センサを前記第１方向について前記突合せ部よりも前記第１部材側の位置にて前記２次元変位センサの照射光が前記第２部材の前記面取り部や前記第２部材の前記角部や前記第２部材の接合面に照射するように配置し、かつ前記第２方向と前記照射光の光軸方向とが交わる角度θｓおよび前記第２方向と前記第１部材の前記面取り部の形成方向とが交わる角度θａについて０°＜θｓ＜θａの条件式を満たすように配置して、前記突合せ部に前記照射光を照射して前記突合せ部の位置を検出し、前記突合せ部の位置の検出結果をもとに前記溶接手段の位置を補正して前記突合せ部を前記溶接手段により接合すること、を特徴とする。
この態様によれば、２次元変位センサを第１方向について突合せ部よりも第１部材側の位置に配置し、かつ、第２方向に対して角度θｓで傾けて配置している。そして、この角度θｓを、第２方向に対して第１部材の面取り部の形成方向がなす角度θａよりも小さくしている。そのため、第１部材の面取り部での錯乱光や乱反射光は第２部材側に反射して２次元変位センサに受光されにくくなる。このようにして、２次元変位センサに対する第１部材の面取り部での錯乱光や乱反射光の影響を簡素な機構により排除して、２次元変位センサにより明瞭な２次元断面プロファイルを計測することができる。したがって、コストを低減しながら、この２次元断面プロファイルをもとに第１部材の接合面と第２部材の接合面とを突き合わせた突合せ部の位置を精度良く検出することができる。そして、この突合せ部の位置の検出結果をもとに溶接手段の位置を補正するので、溶接継手の溶接品質が向上する。また、２次元変位センサが配置される位置から見て第２部材の角部が常に露出していることになる。そのため、２次元変位センサで計測した２次元断面プロファイルにおいて、第２部材の角部が常に明瞭に表れる。したがって、この２次元断面プロファイルにて第２部材の角部の位置を特定することが容易になる。
本発明に係る溶接継手の突合せ位置検出方法、溶接継手の突合せ位置検出装置、溶接継手の製造方法によれば、コストを低減しながら両部材間の突合せ部の位置を精度良く検出することができる。
本実施例の溶接継手の製造システムの構成図である。 溶接部分の周辺の拡大図である。 センサヘッドの周辺の拡大図である。 本実施例の溶接継手の製造方法のフローチャート図である。 センサヘッドの周辺の外観斜視図である。 センサヘッドの配置に関する説明図である。 デフケースの面取り部とリングギヤの面取り部の周辺の断面図である。 デフケースの面取り部とリングギヤの面取り部の周辺の断面図である。 一般的な面取り部の寸法指示についての説明図である。 デフケースの角部の位置とリングギヤの角部の位置とを合わせた場合であって、かつ溶接線に平行にセンサヘッドを配置した場合を示す断面図である。 図１０に示す場合における突合せ位置の検出誤差に関する評価結果を示す図である。 リングギヤの角部をデフケースの角部よりも径方向の外側に配置した場合であって、かつ溶接線に平行にセンサヘッドを配置した場合を示す断面図である。 図１２に示す場合における突合せ位置の検出誤差に関する評価結果を示す図である。 リングギヤの角部をデフケースの角部よりも径方向の内側に配置した場合であって、かつ溶接線に平行にセンサヘッドを配置した場合を示す断面図である。 図１４に示す場合における突合せ位置の検出誤差に関する評価結果を示す図である。 図６や図７に示す場合における突合せ位置の検出誤差に関する評価結果を示す図である。 図８に示す場合における突合せ位置の検出誤差に関する評価結果を示す図である。
以下、本発明を具体化した実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。ここでは、一例として自動車等の車両のデファレンシャル装置の構成部品であるデフケースとリングギヤとを突き合わせた溶接継手を例に挙げて説明を行う。
〔溶接継手の製造システム〕
本実施例の溶接継手の製造システム１は、図１に示すように、溶接ヘッド１０と、Ｚ軸駆動モータ１２と、加工機制御盤１４と、回転駆動部１６と、位置検出装置１８などを有する。溶接ヘッド１０は、図２に示すように、デフケース２０の接合面４５（図６参照）とリングギヤ２２の接合面４７（図６参照）とを突き合わせた突合せ部２４に対して、先端部２６からレーザ２８を照射してデフケース２０とリングギヤ２２とを溶接により接合する。リングギヤ２２は、図１の上方向から下方向に向かってデフケース２０に対して圧入されて、突合せ部２４にてデフケース２０と突き合わされながら配置されている。なお、リングギヤ２２は、ハイポイトギヤであってもヘリカルギヤであってもよい。また、図１は溶接継手の製造システム１の構成図であり、図２は溶接部分の周辺の拡大図である。また、デフケース２０は本発明における「第１部材」の一例であり、リングギヤ２２は本発明における「第２部材」の一例である。
Ｚ軸駆動モータ１２は、溶接ヘッド１０をデフケース２０とリングギヤ２２との配列方向であるＺ軸方向（図１の上下方向）に移動させて、当該Ｚ軸方向について溶接ヘッド１０の位置の補正を行う。加工機制御盤１４は、Ｚ軸駆動モータ１２に対して溶接ヘッド１０のＺ軸方向の位置の補正に関する指令値を送って、Ｚ軸駆動モータ１２の駆動を制御する。回転駆動部１６は、中心軸Ｓを中心にデフケース２０とリングギヤ２２とを回転させる。位置検出装置１８は、図３に示すようにセンサヘッド３０を使用してデフケース２０とリングギヤ２２との突合せ部２４の位置を検出する装置であり、詳しくは後述する。なお、図３は、センサヘッド３０の周辺の拡大図である。また、Ｚ軸方向は、本発明における「第１方向」の一例であり、デフケース２０やリングギヤ２２の中心軸Ｓ方向である。
〔溶接継手の製造方法〕
次に、溶接継手の製造システム１によりデフケース２０とリングギヤ２２とから構成される溶接継手を製造する方法について説明する。ここで、図４は、デフケース２０とリングギヤ２２とから構成される溶接継手の製造方法におけるフローチャート図である。図４に示すように、溶接継手の製造プログラムがスタートすると、まず、溶接ヘッド１０をＸＹＺ軸の各軸方向の基準位置へ移動させる（ステップＳ１）。次に、位置検出装置１８によりデフケース２０とリングギヤ２２との突合せ位置（突合せ部２４の位置）を検出する（ステップＳ２）。なお、突合せ位置の検出方法について詳しくは後述する。
次に、検出された突合せ位置について所定の基準位置からの位置ズレ量が設定値より小さいか否かを判断する（ステップＳ３）。この設定値は、要求される溶接品質などに応じて任意に設定される値であり、例えば０．０５ｍｍとする。そして、前記の位置ズレ量が設定値より小さい場合には、加工機制御盤１４からの指令値をもとに溶接ヘッド１０のＺ軸方向の位置を補正してレーザ２８の照射位置を補正する（ステップＳ４）。そして、このようにレーザ２８の照射位置を補正した後、回転駆動部１６により中心軸Ｓを中心にデフケース２０とリングギヤ２２を回転させながら、デフケース２０とリングギヤ２２との突合せ部２４に対して溶接ヘッド１０の先端部２６からレーザ２８を照射してデフケース２０とリングギヤ２２との溶接を開始する（ステップＳ５）。そして、デフケース２０とリングギヤ２２との全周について突合せ部２４に対する溶接が完了すると、溶接継手の製造プログラムを終了する。このようにして、デフケース２０とリングギヤ２２とから構成される溶接継手を製造する。なお、ステップＳ３にて前記の位置ずれ量が設定値より大きい場合には、ワーク（デフケース２０やリングギヤ２２）について加工不良やセット不良（設置不良）があると判断し、アラームを鳴らして溶接継手の製造システム１の稼動を停止する（ステップＳ６）。以上が、溶接継手の製造システム１によりデフケース２０とリングギヤ２２とから構成される溶接継手を製造する方法についての説明である。
〔溶接継手の突合せ位置検出装置〕
次に、本発明の溶接継手の突合せ位置検出装置の一例である位置検出装置１８について説明する。位置検出装置１８は、スリットレーザ４２（帯状のレーザ）（図５参照）を使用して光切断法により２次元断面プロファイルの計測を行う光学式の２次元変位センサであるセンサヘッド３０を有している。そして、位置検出装置１８は、当該センサヘッド３０により計測した２次元断面プロファイルにおいて特定した測定ポイントについての位置情報（座標）を出力する装置である。位置検出装置１８は、前記の図１に示すように、センサヘッド３０と、コントローラ３２と、ＰＬＣ３４と、外部出力インターフェイス３６などを備える。
センサヘッド３０は、図５に示すように投光部３８と受光部４０とを備えている。そして、このセンサヘッド３０は、投光部３８から照射したスリットレーザ４２をデフケース２０とリングギヤ２２との突合せ部２４の周辺の面に反射させて、その反射光を受光部４０で受光することにより、２次元断面プロファイル（２次元断面形状）を計測する。なお、スリットレーザ４２は、本発明における「照射光」の一例である。
ここで、図６に示すように、デフケース２０は面取り部４４と接合面４５と角部４８を備えており、接合面４５（突合せ部２４）のＸ軸方向（図６の上方向）の端部にて、面取り部４４と接合面４５との境界部分に角部４８が形成されている。また、リングギヤ２２は面取り部４６と接合面４７と角部５０を備えており、接合面４７（突合せ部２４）のＸ軸方向の端部にて、面取り部４６と接合面４７との境界部分に角部５０が形成されている。そして、本実施例では、この角部５０を測定ポイントＰとしている。なお、Ｘ軸方向は、本発明における「第２方向」の一例であり、前記のＺ軸方向と直交しセンサヘッド３０とデフケース２０とを配列する方向である。すなわち、Ｘ軸方向は、デフケース２０やリングギヤ２２の径方向である。
そして、センサヘッド３０を、図６に示すように、前記のＺ軸方向（図６の左右方向）について溶接線Ｌに対してデフケース２０が位置する側に配置する。このように、センサヘッド３０を、Ｚ軸方向について突合せ部２４よりもデフケース２０側の位置に配置する。
さらに、Ｘ軸方向とセンサヘッド３０のスリットレーザ４２の光軸Ｃの方向とが交わる角度θｓ（すなわち、溶接線Ｌに対するセンサヘッド３０のスリットレーザ４２の光軸Ｃの傾き）と、Ｘ軸方向とデフケース２０の面取り部４４の形成方向とが交わる角度θａ（すなわち、溶接線Ｌに対するデフケース２０の面取り部４４の傾き）とについて、以下の数式による条件式が成立するようにセンサヘッド３０を配置する。
Figure 0005445718
ここで、溶接線Ｌは、デフケース２０の角部４８およびリングギヤ２２の角部５０の接線である。また、センサヘッド３０のスリットレーザ４２の光軸Ｃは、スリットレーザ４２の幅方向の中心軸である。そして、このように配置されたセンサヘッド３０は、投光部３８から面取り部４４や面取り部４６や接合面４７の周辺にスリットレーザ４２を照射している。なお、図５はセンサヘッド３０の周辺の外観斜視図であり、図６はセンサヘッド３０の配置に関する説明図である。また、図６はセンサヘッド３０を側面方向から見た図であり、図６では投光部３８と受光部４０とは図面の奥行き方向に重なるような位置関係となっている。
なお、センサヘッド３０は、前記の図１に示す例においては溶接ヘッド１０に対しデフケース２０とリングギヤ２２の中心軸Ｓを中心にして対称な位置（すなわち、溶接ヘッド１０に対しデフケース２０とリングギヤ２２の回転方向に１８０°回転した位置）に配置されている。しかしながら、センサヘッド３０の配置位置はこれに限定されるものではなく、デフケース２０とリングギヤ２２の回転方向の他の位置に配置されていてもよい。
また、コントローラ３２は、センサヘッド３０の測定値をＰＬＣ３４に送る。ＰＬＣ３４は、プログラマブルコントローラであり、取得した測定値をもとに、デフケース２０とリングギヤ２２の突合せ部２４の位置ズレ量を演算により求め、求めた演算値を前記の加工機制御盤１４と外部出力インターフェイス３６とへ送る。外部出力インターフェイス３６はディスプレイなどの不図示の表示手段に接続し、ＰＬＣ３４から取得した演算値をもとに、デフケース２０とリングギヤ２２との突合せ部２４の位置ズレ量を当該表示手段に表示する。
また、本実施例では、デフケース２０とリングギヤ２２とを突合せたときに、センサヘッド３０に対して溶接線Ｌを挟んで反対側にあるリングギヤ２２の角部５０が径方向の外側に露出するように、面取り部４４と面取り部４６の寸法とその公差を設定している。すなわち、デフケース２０とリングギヤ２２とを突合せたときに、図７に示すようにリングギヤ２２の角部５０をデフケース２０の角部４８よりも径方向の外側に配置している。もしくは、デフケース２０とリングギヤ２２とを突合せたときに、図８に示すようにリングギヤ２２の角部５０とデフケース２０の角部４８とを径方向の同じ位置に配置している。
より具体的には、デフケース２０の面取り部４４とリングギヤ２２の面取り部４６について、一般的には図９に示すように例えば「Ｃ０．５」と寸法を設定するのに対し、本実施例では前記の図７に示すように寸法Ａ、寸法Ｂ、面取り角度θａ、面取り角度θｂについて寸法およびその公差を設定している。そして、寸法Ｂの公差の下限値を寸法Ａの公差の上限値以上にしておく。これにより、デフケース２０とリングギヤ２２の設計時において、リングギヤ２２の角部５０が前記の図７や図８のように配置されるように管理することができる。ここで、寸法Ａはデフケース２０の角部４８の位置を指示する径寸法（Ｘ軸方向の寸法）であり、寸法Ｂはリングギヤ２２の角部５０の位置を指示する径寸法（Ｘ軸方向の寸法）である。また、面取り角度θａはデフケース２０の面取り部４４が溶接線Ｌとなす角度であり、面取り角度θｂはリングギヤ２２の面取り部４６が溶接線Ｌとなす角度である。なお、図７と図８はデフケース２０の面取り部４４とリングギヤ２２の面取り部４６の周辺の断面図であり、図９は一般的な面取り部の寸法指示についての説明図である。
〔突合せ位置検出方法〕
このような構成の位置検出装置１８により、以下のようにデフケース２０とリングギヤ２２との突合せ部２４の位置を検出する。まず、センサヘッド３０は、投光部３８からデフケース２０とリングギヤ２２との突合せ部２４の周辺に対しスリットレーザ４２を照射し、反射したスリットレーザ４２を受光部４０で受光する。このようにして、センサヘッド３０により突合せ部２４の周辺の２次元断面プロファイルを計測する。
そして、コントローラ３２は、センサヘッド３０で計測された２次元断面プロファイルにてリングギヤ２２の角部５０の位置を特定することにより、突合せ部２４の位置を検出する。このように検出された突合せ部２４の位置の情報（測定値）は、コントローラ３２を介してＰＬＣ３４に送られる。そして、ＰＬＣ３４は、取得した突合せ部２４の位置の情報をもとに、当該突合せ部２４の所定の基準位置からの位置ズレ量を演算により求める。そして、求めた演算値を前記の加工機制御盤１４に送るとともに、外部出力インターフェイス３６に送って不図示の表示手段にて突合せ部２４の位置ズレ量を表示する。以上のようにして、位置検出装置１８により、デフケース２０とリングギヤ２２との突合せ部２４の位置を検出する。
ここで、前記のようにセンサヘッド３０を溶接線Ｌに対して角度θｓにて傾けて配置している。そのため、デフケース２０の面取り部４４にて拡散や乱反射したスリットレーザ４２の光はリングギヤ２２の面取り部４６側へ向かって反射するので、センサヘッド３０の受光部４０にて受光されにくくなる。このように、簡素な機構で、デフケース２０の面取り部４４におけるスリットレーザ４２の拡散や乱反射の影響を排除することができる。したがって、センサヘッド３０により明瞭な２次元断面プロファイルを計測することができる。ゆえに、デフケース２０とリングギヤ２２との突合せ部２４の位置の検出に要するコストを低減しながら、当該突合せ部２４の位置を精度良く検出することができる。
また、デフケース２０とリングギヤ２２とを突合せたときに、センサヘッド３０が配置される位置から見てリングギヤ２２の角部５０が常に露出している。そのため、センサヘッド３０で計測した２次元断面プロファイルより、測定ポイントＰとなるリングギヤ２２の角部５０の位置情報を確実に取得することができる。そして、リングギヤ２２の角部５０の位置情報より、デフケース２０とリングギヤ２２との突合せ部２４の位置を検出することができる。このようにして、デフケース２０とリングギヤ２２との突合せ部２４の位置を確実に精度良く検出することができる。
〔突合せ位置の検出誤差に関する評価〕
次に、デフケース２０とリングギヤ２２との突合せ位置の検出誤差に関する評価結果について説明する。なお、図１１，１３，１５，１６，１７は当該評価結果を示す図であり、横軸を計測位置（ＮＣ座標）とし、縦軸をセンサ計測値としている。ここで、計測位置（ＮＣ座標）は、センサヘッド３０のスリットレーザ４２の光軸Ｃ（図６参照）に対するリングギヤ２２の角部５０のＺ軸方向（デフケース２０とリングギヤ２２との配列方向）の位置座標を表したものである。そして、計測位置が０のときに光軸Ｃと角部５０が交わるように設定した。また、センサ計測値とは、センサヘッド３０で計測した２次元断面プロファイルをもとに検出したリングギヤ２２の角部５０のＺ軸方向（デフケース２０とリングギヤ２２との配列方向）の位置を表す値である。そして、今回の評価においては、計測位置を複数設定しながら、設定した各々の計測位置に対するセンサ計測値を調べた。
まず、図１０に示すようにデフケース２０の角部４８の位置とリングギヤ２２の角部５０の位置とを合わせた場合であって、溶接線Ｌに平行にセンサヘッド３０のスリットレーザ４２の光軸Ｃを配置した場合には、図１１に示すような評価結果となった。図１１に示す評価結果によれば、例えば計測位置（ＮＣ座標）が５０μｍのときなどにセンサ計測値について暫定目標誤差範囲δを超えた検出誤差が発生してしまった。
また、図１２に示すようにリングギヤ２２の角部５０をデフケース２０の角部４８よりも径方向の外側（図１２の上側）に位置させた場合であって、溶接線Ｌに平行にセンサヘッド３０のスリットレーザ４２の光軸Ｃを配置した場合には、図１３に示すような評価結果となった。図１３に示す評価結果によれば、例えば計測位置（ＮＣ座標）が−２００μｍのときなどにセンサ計測値について暫定目標誤差範囲δを超えた検出誤差が発生してしまった。
また、図１４に示すようにリングギヤ２２の角部５０をデフケース２０の角部４８よりも径方向の内側（図１４の下側）に位置させた場合であって、溶接線Ｌに平行にセンサヘッド３０のスリットレーザ４２の光軸Ｃを配置した場合には、図１５に示すような評価結果となった。図１５に示す評価結果によれば、例えば計測位置（ＮＣ座標）が０μｍのときなどにセンサ計測値について暫定目標誤差範囲δを超えた検出誤差が発生してしまった。
このように図１１や図１３や図１５においてセンサ計測値について暫定目標誤差範囲δを超えた検出誤差が発生した理由は、溶接線Ｌに平行にセンサヘッド３０のスリットレーザ４２の光軸Ｃを配置することにより、センサヘッド３０の投光部３８から照射されるスリットレーザ４２がデフケース２０の面取り部４４やリングギヤ２２の面取り部４６にて錯乱したり、乱反射したりして、これらの錯乱光や乱反射光がセンサヘッド３０の受光部４０に受光され、センサヘッド３０により明瞭な２次元断面プロファイルを計測できないためと考えられる。
一方、本実施例のように、前記の図７や図８に示すように、溶接線Ｌに対してセンサ角度θｓでセンサヘッド３０を傾けて配置した場合には、図１６や図１７に示すようにセンサ計測値の検出誤差は全て暫定目標誤差範囲δの範囲内に収まった。これは、溶接線Ｌに対してセンサ角度θｓでセンサヘッド３０を傾けて配置したことにより、デフケース２０の面取り部４４にて拡散や乱反射したスリットレーザ４２の光はリングギヤ２２の面取り部４６側へ向かって反射してセンサヘッド３０の受光部４０に受光されにくくなり、センサヘッド３０により明瞭な２次元断面プロファイルを計測できるためと考えられる。
以上の突合せ位置の検出誤差に関する評価結果をまとめると、図１０や図１２や図１４に示すように溶接線Ｌに平行にセンサヘッド３０のスリットレーザ４２の光軸Ｃを配置した場合には検出誤差の平均が２１０．４μｍとなった。これに対し、本実施例のように図７や図８に示すように溶接線Ｌに対して角度θｓにてセンサヘッド３０を傾けて配置した場合には検出誤差の平均が４９．５μｍとなり、溶接線Ｌに平行にセンサヘッド３０のスリットレーザ４２の光軸Ｃを配置した場合に比べて１／４未満となった。このように、本実施例によればデフケース２０とリングギヤ２２の突合せ部２４の位置の検出精度が向上する。
なお、本実施例ではデフケース２０とリングギヤ２２からなる溶接継手の突合せ位置を検出することを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されず、その他の溶接継手の突合せ位置を検出する例にも適用することができる。例えば、本発明は軸形状部材同士を突き合わせた溶接継手にも適用することができる。
〔本実施例の効果〕
本実施例によれば、センサヘッド３０をＺ軸方向について突合せ部２４よりもデフケース２０側の位置に配置し、かつ、Ｘ軸方向に対して角度θｓで傾けて配置している。そして、この角度θｓを、Ｘ軸方向に対してデフケース２０の面取り部４４の形成方向がなす角度θａよりも小さくしている。そのため、デフケース２０の面取り部４４でのスリットレーザ４２の錯乱光や乱反射光は、リングギヤ２２側に反射してセンサヘッド３０の受光部４０に受光されにくくなる。このようにして、センサヘッド３０の受光部４０に対するデフケース２０の面取り部４４でのスリットレーザ４２の錯乱光や乱反射光の影響を簡素な機構により排除して、センサヘッド３０により明瞭な２次元断面プロファイルを計測することができる。したがって、コストを低減しながら、この２次元断面プロファイルをもとにデフケース２０の接合面４５とリングギヤ２２の接合面４７とを突き合わせた突合せ部２４の位置を精度良く検出することができる。また、突合せ部２４の位置の検出に要する時間を短くすることができ、溶接工程に要する時間を短縮することができる。
また、デフケース２０やリングギヤ２２の厚みや形状などに依存することなく突合せ部２４の位置を検出することができるので、デフケース２０やリングギヤ２２の設計の自由度が向上する。
また、投光部３８と受光部４０を一体的に備えるセンサヘッド３０を使用することにより、突合せ部２４の位置を検出するためのセンサを簡素な構造としつつ小型化することができる。そして、本実施例のようにＺ軸方向について溶接線Ｌに対してデフケース２０側に投光部３８と受光部４０とを集約して配置できる。そのため、デフケース２０やリングギヤ２２の設計の自由度が向上する。
また、センサヘッド３０が配置される位置から見てリングギヤ２２の角部５０が常に露出している。そのため、センサヘッド３０で計測した２次元断面プロファイルにおいて、リングギヤ２２の角部５０が常に明瞭に表れる。したがって、この２次元断面プロファイルにてリングギヤ２２の角部５０の位置を特定することが容易になり、デフケース２０の接合面４５とリングギヤ２２の接合面４７とを突き合わせた突合せ部２４の位置をより確実に精度良く検出することができる。
また、リングギヤ２２の角部５０の位置を指示する寸法Ｂの下限値を、デフケース２０の角部４８の位置を指示する寸法Ａの上限値以上としている。これにより、デフケース２０の角部４８とリングギヤ２２の角部５０との位置関係をデフケース２０とリングギヤ２２の設計時から管理することができる。そのため、確実にセンサヘッド３０が配置される位置から見てリングギヤ２２の角部５０が露出するように設定することができる。したがって、デフケース２０の接合面４５とリングギヤ２２の接合面４７とを突き合わせた突合せ部２４の位置をさらに確実に精度良く検出することができる。
また、デフケース２０とリングギヤ２２との突合せ部２４の位置の検出結果をもとに溶接ヘッド１０の位置の補正をするので、溶接品質の向上したデフケース２０とリングギヤ２２とからなる溶接継手を製造することができる。
なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。
１ 製造システム
１０ 溶接ヘッド
１２ Ｚ軸駆動モータ
１８ 位置検出装置
２０ デフケース
２２ リングギヤ
２４ 突合せ部
３０ センサヘッド
３２ コントローラ
３４ ＰＬＣ
３６ 外部出力インターフェイス
３８ 投光部
４０ 受光部
４２ スリットレーザ
４４ （デフケースの）面取り部
４５ （デフケースの）接合面
４６ （リングギヤの）面取り部
４７ （リングギヤの）接合面
４８ （デフケースの）角部
５０ （リングギヤの）角部
Ａ 寸法
Ｂ 寸法
Ｃ 光軸
Ｌ 溶接線
θｓ センサ角度
θａ （デフケースの）面取り角度
θｂ （リングギヤの）面取り角度

Claims (6)

  1. 第１部材の接合面と第２部材の接合面とを突き合わせた突合せ部に２次元変位センサの照射光を照射して前記突合せ部の位置を検出する溶接継手の突合せ位置検出方法において、
    前記第１部材と前記第２部材との配列方向を第１方向とし、前記第１方向に直交し前記２次元変位センサと前記第１部材とを配列する方向を第２方向とするときに、
    前記第１部材は前記第１部材の接合面の前記第２方向の端部に形成される角部と前記角部を前記第１部材の接合面との境界部分で形成する面取り部とを備えており、
    前記第２部材は前記第２部材の接合面の前記第２方向の端部に形成される角部と前記角部を前記第２部材の接合面との境界部分で形成する面取り部とを備えており、
    前記第２方向について前記第２部材の前記角部を前記第１部材の前記角部よりも外側の位置に配置させ、
    前記２次元変位センサを前記第１方向について前記突合せ部よりも前記第１部材側の位置にて前記照射光が前記第２部材の前記面取り部や前記第２部材の前記角部や前記第２部材の接合面に照射するように配置し、かつ前記第２方向と前記照射光の光軸方向とが交わる角度θｓおよび前記第２方向と前記第１部材の前記面取り部の形成方向とが交わる角度θａについて０°＜θｓ＜θａの条件式を満たすように配置すること、
    を特徴とする溶接継手の突合せ位置検出方法。
  2. 請求項１の溶接継手の突合せ位置検出方法において、
    前記２次元変位センサで計測した２次元断面プロファイルにて前記第２部材の前記角部の位置を特定することにより前記突合せ部の位置を検出すること、
    を特徴とする溶接継手の突合せ位置検出方法。
  3. 請求項１または２の溶接継手の突合せ位置検出方法において、
    前記第２部材の前記角部の位置を指示する前記第２方向の寸法の下限値を前記第１部材の前記角部の位置を指示する前記第２方向の寸法の上限値よりも大きくすること、
    を特徴とする溶接継手の突合せ位置検出方法。
  4. 請求項１乃至３のいずれか１つの溶接継手の突合せ位置検出方法において、
    前記第１部材はデフケースであり、前記第２部材はリングギヤであること、
    を特徴とする溶接継手の突合せ位置検出方法。
  5. 第１部材の接合面と第２部材の接合面とを突き合わせた突合せ部に２次元変位センサの照射光を照射して前記突合せ部の位置を検出する溶接継手の突合せ位置検出装置において、
    前記第１部材と前記第２部材との配列方向を第１方向とし、前記第１方向に直交し前記２次元変位センサと前記第１部材とを配列する方向を第２方向とするときに、
    前記第１部材は前記第１部材の接合面の前記第２方向の端部に形成される角部と前記角部を前記第１部材の接合面との境界部分で形成する面取り部とを備えており、
    前記第２部材は前記第２部材の接合面の前記第２方向の端部に形成される角部と前記角部を前記第２部材の接合面との境界部分で形成する面取り部とを備えており、
    前記第２方向について前記第２部材の前記角部を前記第１部材の前記角部よりも外側の位置に配置させ、
    前記２次元変位センサを前記第１方向について前記突合せ部よりも前記第１部材側の位置にて前記照射光が前記第２部材の前記面取り部や前記第２部材の前記角部や前記第２部材の接合面に照射するように配置し、かつ前記第２方向と前記照射光の光軸方向とが交わる角度θｓおよび前記第２方向と前記第１部材の前記面取り部の形成方向とが交わる角度θａについて０°＜θｓ＜θａの条件式を満たすように配置すること、
    を特徴とする溶接継手の突合せ位置検出装置。
  6. 第１部材の接合面と第２部材の接合面とを突き合わせた突合せ部を溶接手段により接合する溶接継手の製造方法において、
    前記第１部材と前記第２部材との配列方向を第１方向とし、前記第１方向に直交し２次元変位センサと前記第１部材とを配列する方向を第２方向とするときに、
    前記第１部材は前記第１部材の接合面の前記第２方向の端部に形成される角部と前記角部を前記第１部材の接合面との境界部分で形成する面取り部とを備えており、
    前記第２部材は前記第２部材の接合面の前記第２方向の端部に形成される角部と前記角部を前記第２部材の接合面との境界部分で形成する面取り部とを備えており、
    前記第２方向について前記第２部材の前記角部を前記第１部材の前記角部よりも外側の位置に配置させ、
    前記２次元変位センサを前記第１方向について前記突合せ部よりも前記第１部材側の位置にて前記２次元変位センサの照射光が前記第２部材の前記面取り部や前記第２部材の前記角部や前記第２部材の接合面に照射するように配置し、かつ前記第２方向と前記照射光の光軸方向とが交わる角度θｓおよび前記第２方向と前記第１部材の前記面取り部の形成方向とが交わる角度θａについて０°＜θｓ＜θａの条件式を満たすように配置して、前記突合せ部に前記照射光を照射して前記突合せ部の位置を検出し、
    前記突合せ部の位置の検出結果をもとに前記溶接手段の位置を補正して前記突合せ部を前記溶接手段により接合すること、
    を特徴とする溶接継手の製造方法。
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