JP6375841B2

JP6375841B2 - ガスセンサの製造方法および組付装置

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Publication number: JP6375841B2
Application number: JP2014204071A
Authority: JP
Inventors: 孝司塩沢; 達大杉浦
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-10-02
Filing date: 2014-10-02
Publication date: 2018-08-22
Anticipated expiration: 2034-10-02
Also published as: JP2016075487A

Description

本発明は、内燃機関用の酸素センサ等に使用されるガスセンサの製造方法、特に、ガスセンサ素子と出力取り出し用の外側端子ホルダとの組付方法および組付装置に関する。

酸素センサ等のガスセンサは、例えば、コップ型のガスセンサ素子の内外表面に一対の電極を有し、ガスセンサ素子の基端部に延出する出力取り出し用の端子電極部に、端子ホルダを装着してセンサ本体部を構成している。センサ本体部の組み付けに関する従来技術としては、特許文献１に、ガスセンサ素子と外側電極端子と内側電極端子を有するガスセンサの製造方法が開示されている。この方法では、外側ホルダー部を有する外側電極端子をガスセンサ素子に組付けるに当って、テーパ形状のスカート部を有する外側組付け治具を用い、ガスセンサ素子の後端部に配置する。次いで、スカート部に装着した外側ホルダー部を先端部側へ移動させながら拡径して、外側端子取付部に組み付ける。

特許文献２には、ガスセンサ素子の外表面に、外側電極と、縦リード部と円弧状のリングリード部の２つの形状パターンからなるリード部を設け、さらに、リングリード部より基端側にマーク部を形成して、リングリード部と接触する端子金具を外嵌させる際の周方向の指標としている。この方法は、ガスセンサ素子の外周に筒状の主体金具を装着してから、端子金具を組み付けすると、リングリード部を主体金具から露出させておく必要があることから、リングリード部の位置を示すマーク部を付加し、外側電極端子を露出しない状態での位置合わせを可能にしている。

特開２００２−２９６２１８号公報特開２０１３−８８１２３号公報

特許文献１の従来のガスセンサ構造において、ガスセンサ素子の端子電極部は貴金属メッキによって、ガスセンサ素子の基端部全周に形成されている。このため、出力取り出し用のホルダを装着する際の位置決めは不要であり、組付時の素子の損傷等を防止するために拡径しながら装着できる治具が採用されている。一方で、ガスセンサ素子の全周に、Ｐｔ等の高価な貴金属からなる端子電極部を形成することは、電極材の使用量を増加させ、ガスセンサの製造コストにも影響する。このため、端子電極部の形成位置を見直すことが検討されている。

特に、外側端子ホルダは、板材をＣ字状に加工した保持部開口端が、バネ力によって外側端子電極部に接触していることが判明しており、端子電極部は接触位置を中心として形成することで、製造コストを低減させることができる。ただし、ガスセンサ素子の全周に、端子電極部を形成しない場合には、組み付けの際の位置決め精度が不十分であると、導通不良によって生産性を低下させる。特許文献２の方法は、位置合わせ用のマーク部を付加する必要があり、ガスセンサ素子や外側端子ホルダの形状変更を伴わずに、位置決めを容易にして生産性を向上させることが望まれる。

そこで、本発明の目的は、ガスセンサ素子の全周に端子電極部を形成しない構成であっても、ガスセンサ素子と外側端子ホルダの位置合わせを容易に行って、精度よい組み付けを可能とし、高い生産性を実現するガスセンサの製造方法および組付装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本願請求項１の発明は、コップ型形状の固体電解質体からなる基体（２１）を有し、上記基体の一端側外周面に形成した外側端子電極部（４２）の一対の電極部（４２１、４２２）を他端側外周面に形成した電極（４１）と電気的に接続したガスセンサ素子（２）と、上記基体の一端側に嵌装されて上記一対の電極部と電気的に接続されるＣ字形状の外側端子ホルダ（３）からなる素子組付体（１０）を有するガスセンサ（１）の製造方法であって、
対向配設した一対の撮像装置（Ｃ）の間に、上記ガスセンサ素子を配置して軸周りに回転させ、上記ガスセンサ素子の外周側に配置した複数の照明装置（Ｌ）から上記基体の全周に照明光を照射して、各撮像装置によりそれぞれ対向する上記ガスセンサ素子の半部を撮像し、得られた画像を白黒２値化処理して、上記一対の電極部に対応する一対の検出ウインドウ（Ｗ１、Ｗ２）内の白黒画素割合から、上記一対の電極部の位置を検出する電極位置検出工程（Ｓ２）と、
検出された上記一対の電極部が所定の組付位置となるように、上記ガスセンサ素子の回転位置を調整する素子位置決め工程（Ｓ３）と、
位置決めされた上記一対の電極部と、上記外側端子ホルダの一対のホルダ開口端（３１１、３１２）の位置を対応させて、上記基体の一端側に上記外側端子ホルダを外挿し、上記素子組付体とする組付工程（Ｓ４）と、を備えることを特徴とする。

本願請求項２の発明は、上記素子組付体に、撮像装置（Ｃ１）を対向配設し、照明装置（Ｌ１）から照明光を照射して、上記一対のホルダ開口端と上記一対の電極部の組付部を撮像し、得られた画像を白黒２値化処理した後、上記一対のホルダ開口端から露出する上記一対の電極部のはみ出し量を規定値と比較して、組付状態の良否を判定する組付状態判定工程（Ｓ５）を備える。

本願請求項３の発明は、上記電極位置検出工程において、上記照明装置を、上記一対の電極部とその間の素子表面部の濃淡差が最大となる照明強度に設定し、上記２値化処理の２値化レベルを、上記素子表面部の最大濃淡値に設定する。

本願請求項４の発明は、上記照明装置の照明強度を、１１０（ｌｍ／ｍ^２）以上に設定する。

本願請求項５の発明は、上記電極位置検出工程は、上記検出ウインドウ内の画素の濃淡値を、上記２値化レベルと比較して、上記一対の電極部に対応する白画素、または、上記素子表面部に対応する黒画素と判定し、上記検出ウインドウ内の白画素数が閾値以上である時に電極位置検出と判定する。

本願請求項６の発明は、コップ型形状の固体電解質体からなる基体（２１）を有し、上記基体の一端側外周面に形成した外側端子電極部（４２）の一対の電極部（４２１、４２２）を他端側外周面に形成した電極（４１）と電気的に接続したガスセンサ素子（２）と、上記基体の一端側に嵌装されて上記一対の電極部と電気的に接続されるＣ字形状の外側端子ホルダ（３）からなる素子組付体（１０）を有するガスセンサ（１）の組付装置であって、
対向配設した一対の撮像装置（Ｃ）と、上記一対の撮像装置の間に配置され、上記ガスセンサ素子を軸周りに回転可能に保持する保持部（６２）と、上記ガスセンサ素子の外周側に配置されて上記基体の全周に照明光を照射する複数の照明装置（Ｌ）を備え、上記基体の一端側外周面を撮像して得られた画像を白黒２値化処理して、上記一対の電極部の位置を検出し、上記ガスセンサ素子の回転位置を調整して上記一対の電極部を所定の組付位置とする整列部（７２）と、
上記ガスセンサ素子との組付位置に、上記外側端子ホルダを順に搬送する整列搬送部（Ｆ１）を有するホルダ供給部（Ｆ）を備え、位置決めされた上記一対の電極部と、上記外側端子ホルダの一対のホルダ開口端の位置を対応させて、上記基体の一端側に上記外側端子ホルダを外挿し、上記素子組付体とする組立部（７３）と、を備えることを特徴とする。

本願請求項７の発明において、組付装置は、上記素子組付体と対向して配設された撮像装置（Ｃ１）と、上記素子組付体に照明光を照射する照明装置（Ｌ１）と、上記一対のホルダ開口端と上記一対の電極部の組付部を撮像して得られた画像を白黒２値化処理し、上記一対のホルダ開口端から露出する上記一対の電極部のはみ出し量を規定値と比較して、組付状態の良否を判定する組付状態判定部（７６）を備える。

本願発明のガスセンサの製造方法は、対向配設した一対の撮像装置により、対向するガスセンサ素子を軸周りに回転させながら撮像することで、常にガスセンサ素子の全周の画像を得る。この時、複数の照明装置により基体の全周に照明光を照射するので、反射光の強い一対の電極部と、反射光の弱い素子表面部との濃淡差を大きくし、一対の電極部の検出感度を高くして適切に２値化処理できる。したがって、２値化処理後の画像に一対の検出ウインドウを設定して、検出ウインドウ内の白画素割合を所定の閾値と比較することで、電極部か否か容易に判定し、一対の電極部位置を確実に検出できる。そして、一対の電極部の検出結果を基に、ガスセンサ素子が所定の組み付け位置となるように回転させて、外側端子ホルダを外挿し、得られた素子組付体の組付状態を、さらに別の撮像装置を用いた画像の２値化処理によって判定する。すなわち、素子組付体は、一対のホルダ開口端と一対の電極部とが接触して電気的に接続するので、一対のホルダの開口部内への電極部のはみ出し量を測定し、両電極部のはみ出し量が規定値以上であれば組付状態が良好と判定することができる。

このように、本発明によれば、ガスセンサ素子や外側端子ホルダの形状変更を伴わずに、外側端子電極部の一対の電極部位置を精度よく検出して、容易に位置決めし、組み付け後の状態を確認することができる。よって、電極部の貴金属使用量を削減し、効率よい組み付けを実施して生産性を大きく向上できる。

第１実施形態におけるガスセンサの主要部である素子組付体の構成を示す正面図である。第１実施形態の素子組付体の組付構造を示す側面図である。第１実施形態の素子組付体の組付構造を示す上面視図である。第１実施形態のガスセンサの全体断面図である。第１実施形態のガスセンサ素子の正面図および断面図である。図３Ａ左図のＡ−Ａ線断面図である。第１実施形態の外側端子ホルダの正面図である。従来のガスセンサ素子と外側端子ホルダとの接触状態を調べた結果を示す図である。従来と本発明のガスセンサ素子の構成および外側端子ホルダとの組付工程を比較して示す図である。第１実施形態における素子組付体の組付工程を説明するためのフローチャート図である。図７Ｂ、７Ｃに概略構成を示す視覚装置６を用いた電極位置検出手段および素子位置決め手段電極位置検出工程を説明するための模式図である。素子位置決め工程を説明するための模式図である。第１実施形態において素子組付体の組み付けに用いる組付装置の全体構成図である。組付装置の整列部の概略構成図である。電極位置検出工程における検出方法を説明するための模式図である。電極位置検出工程における照明強度の設定方法を説明するための模式図である。電極位置検出工程における照明強度の設定方法を説明するための模式図である。２値化処理前後の濃淡画像を比較して示す図である。電極部判定手段の閾値を設定する方法を示す図である。組付状態判定部の概略構成図である。組付状態判定部における判定方法を説明するための図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の第１実施形態を説明する。図２に示すガスセンサ１は、内燃機関の排気系に設置される酸素センサとして構成されており、その主要部として図１に示す素子組付体１０を有している。図１Ａ、図１Ｂにおいて、素子組付体１０は、排気中の酸素濃度を検出するガスセンサ素子２と、その基端部（図の上端部）外周に装着された、出力取り出し用の外側端子ホルダ３からなる。外側端子ホルダ（以下適宜、外側ホルダと略称する）３は、ガスセンサ素子２の基端部外周に形成した外側端子電極部（以下適宜、外側電極部と略称する）４２と接触している。ガスセンサ素子２は、先端部（図の下端部）外周に測定電極４１が形成され、その上端縁から軸方向に延びるリード部４３を介して、外側電極部４２と電気的に接続される。

図１Ｃにおいて、外側ホルダ３は、概略Ｃ字状に湾曲する保持部３１が、ガスセンサ素子２の基体２１外周面に沿って覆着される。保持部３１両端のホルダ開口端３１１、３１２は、基体２１の前面（図の下面）側において、開口部３２を挟んで対向している。基体２１の前面側外表面には、ホルダ開口端３１１、３１２と当接する位置に、外側電極部４２となる一対の電極部４２１、４２２が形成される。電極部４２１、４２２は、その一部がホルダ開口端３１１、３１２からはみ出し、開口部３２内に露出するように形成されて（図の電極露出部４２ａ）、外側ホルダ３との電気的接続を確保している。本発明のガスセンサの製造方法は、素子組付体１０を構成するガスセンサ素子２と外側ホルダ３の組付方法、特に、外側電極部４２との位置合わせを特徴とするもので、その詳細は後述する。

図２において、素子組付体１０を収容保持するハウジングＨは、図示しない排気管壁に取り付けられる筒状本体Ｈ１と、その下端側に取り付けられる排気カバーＨ２および上端側に取り付けられる大気カバーＨ３を有する。ガスセンサ素子２の基体２１は、上端が開口するコップ型形状の固体電解質体よりなり、その中間部を大径として筒状本体Ｈ１内周に設けた段部上に支持している。筒状本体Ｈ１から下方に突出する素子組付体１０の先端部は、排気カバーＨ２内に収容され、上方に突出する素子組付体１０の基端部は、大気カバーＨ３内に収容される。排気カバーＨ２は一重または、二重筒状で、側面および底面に複数の排気孔Ｈ２１が設けられ、被測定ガスとなる排気を内部に排気を取り込むようになっている。大気カバーＨ３は、上端部側面に複数の大気孔Ｈ３１を設けて、ガスセンサ素子２の基体２１内部に基準ガスとなる大気を取り込んでいる。

ガスセンサ素子２は、基体２１内に軸状のヒータ部材２２を収容し、ヒータ部材２２を保持する保持部材２３の基端側に、内側端子ホルダ（以下適宜、内側ホルダと略称する）５を一体的に有している。外側ホルダ３および内側ホルダ５は、それぞれ大気カバーＨ３の上端から引き出されるリード線２４、２５と接続されて、ガスセンサ素子２の出力を外部へ取り出すようになっている。内側ホルダ５は、基体２１内周に沿う湾曲部を有し、図３Ａにおいて、基体２１の基端部内周面に形成される内側端子電極部（以下適宜、内側電極部と略称する）５２と接触している。内側電極部５２は、軸方向に延びるリード部５３を介して、先端部内周に形成される基準電極５１と電気的に接続される。

図３Ａ、３Ｂに示すように、外側電極部４２は、基体２１の前面側外表面において、リード部４３の上端に接続する帯状の基部４２３と、その両側に配置される一対の電極部４２１、４２２と有している。一対の電極部４２１、４２２は、基体２１外周に沿って所定の角度範囲で形成され、基準電極５１と測定電極４１は、基体２１を挟んで基体２１内外周面の対向位置に形成される。これら測定電極４１と基準電極５１、外側電極部４２と内側電極部５２、リード部４３、５３は、Ｐｔ等の貴金属を含む電極材からなり、公知のメッキ法等を用いて基体２１を表面処理することにより形成される。

図４に示すように、外側ホルダ３は、基体２１の外周に組み付けられた保持部３１が外側電極部４２と導通し、保持部３１の上端縁中央から上方へ延びる端子部３３がリード線２５（図２参照）と接続される。外側ホルダ３は、金属製の平板材をプレス加工することにより形成されて、そのバネ力によって保持部３１を基体２１表面に押し付け、外側電極部４２との導通を確保する。本発明では、図５に示すように、保持部３１と基体２１との接触が均等ではなく、主に、保持部３１のホルダ開口端３１１、３１２による接触であることに着目し、非接触部位に外側電極部４２を形成しないことで、貴金属使用量を削減する。

図５は、従来のように、基体２１の周方向の全面に外側電極部４２´を形成した構成（図６参照）について、外側ホルダ３の保持部３１と、外側電極部４２´との接触状態を調べた結果である。外側ホルダ３は、一対の開口端３１１、３１２側を前面側、端子部３３側を背面側として説明する。図５の下図は、感圧紙を用いて、外側ホルダ３を基体２１に外挿した時の外側電極部４２´各部における接触圧を示しており、図中の４箇所（ａ〜ｄ）の位置で接触圧が大きくなっている。図５の上図は、これらａ〜ｄに対応する部位を示したもので、ａ、ｄは、保持部３１前面側のホルダ開口端３１１、３１２との接触に、ｂ、ｃは、背面側の端子部３３両側縁部の下方位置との接触に起因する。さらに、これらのうち、ｂ、ｃは、外側ホルダ３の装着時の接触によるものであることが確認されており、外側ホルダ３と外側電極部４２´とが十分な接触圧で当接する位置は、実質的に、保持部３１のホルダ開口端３１１、３１２が接触する２箇所となる。

このように、保持部３１のバネ力による接触は、全面で均一に外側電極部４２´と接触しているわけではなく、一対のホルダ開口端３１１、３１２が当接する部位を中心とする特定範囲に集中していることがわかる。すなわち、図６に示すように、従来の素子構成では、外側電極部４２´の背面側に端子電極として寄与しない無駄部分が存在する。これに対して、本発明の素子は、図５のａ、ｄに対応する部位を含む所定範囲にのみ、外側電極部４２を形成し、十分な接触導通が見込めない背面側には、外側電極部４２を形成しない構成とし、無駄部分をなくすことができる。ただし、従来の素子構成では、外側ホルダ３の組付工程において、外側電極部４２との位置合わせが不要であったのに対し、本発明の素子構成では、位置合わせが必要となる。このため、位置合わせを前提としない従来の組付装置をそのまま採用することができず、あるいは、位置合わせの作業に手間がかかって生産性を低下させるおそれがあった。

そこで、本発明のガスセンサの製造方法は、図７Ａの工程に従い、図８Ａに示す組付装置７を用いて、素子組付体１０を組み付ける。組付装置７には、図７Ｂ、７Ｃに概略を示す視覚装置６を用いて電極位置検出および素子位置決めを行う整列部７２が組み込まれている。そして、一対の撮像装置である視覚カメラＣと複数の照明装置Ｌを備える視覚装置６に、ガスセンサ素子２を投入して回転可能に保持し（ステップＳ１）、視覚カメラＣによる２値化認識にて、外側電極部４２の一対の電極部４２１、４２２の位置検出を行う（ステップＳ２）。この動作を、２台の視覚カメラＣを用いてガスセンサ素子２を回転させながら行い、その検出結果に基づいてガスセンサ素子２の回転位置決めを行って（ステップＳ３）、所定の組付位置に整列させる。

具体的には、図７Ｂに示すように、ガスセンサ素子２を、対向させた２台の視覚カメラＣの間に配置し、外周全周に照明光を照射して、各視覚カメラＣにより対向するガスセンサ素子２の外周半部を撮像する。視覚装置６は、図示しない画像処理部を備え、図７Ｃに示すように、外側電極部４２の電極部４２１、４２２に対応する一対の検出ウインドウＷ１、Ｗ２を設定して、ガスセンサ素子２を軸周りに回転させながら、一定の回転角度毎に撮像することで、固定された検出ウインドウＷ１、Ｗ２に対し、電極部４２１、４２２が回転方向に移動していく一連の画像が得られる。したがって、得られた画像を白黒２値化処理して、検出ウインドウＷ１、Ｗ２内の白黒画素割合から、電極部に相当するか否かを判断することができ、検出ウインドウＷ１、Ｗ２の両方が電極部４２１、４２２と一致した場合に、電極位置検出と判定し（ＯＫ判定）、一致しない場合は非検出と判定（ＮＧ判定）する。さらに、複数の画像について、ＯＫ判定された回転角度を平均化することで、ガスセンサ素子２を組み付けに最適な回転角度に調整することができる。

次いで、位置決めされたガスセンサ素子２と外側ホルダ３との組み付けを行い（ステップＳ４）、素子組付体１０の組付状態が良好か否かを判定する（ステップＳ５）。さらに、組付高さの確認（ステップＳ６）といった検査工程を経て、素子組付体１０を排出し次工程へ搬送する（ステップＳ７）。これら一連の工程により、素子組付体１０を構成するガスセンサ素子２と外側ホルダ３の組み付けを効率よく、かつ精度よく行うことを可能にする。図８Ａに示す組付装置７は、図７Ａの工程を実施するために、ガスセンサ素子２の投入部７１（ステップＳ１に対応）、電極位置検出および位置決めを行う整列部７２（ステップＳ２、Ｓ３に対応）、素子組付体１０の組立部７３（ステップＳ４に対応）、素子組付体１０の組付状態を判定する組付状態判定部７６（ステップＳ５に対応）、素子組付体１０の検査を行う検査部７４（ステップＳ６に対応）、素子組付体１０の排出部７５（ステップＳ７に対応）からなる。次に、これら各部の構成と動作について説明する。

図８Ａにおいて、組付装置７の矩形基台Ｂ上には、回転可能な円盤状のテーブルＴが配置され、テーブルＴの回転方向（図の時計周り）に、整列部７２、組立部７３、検査部７４、排出部７５が配置されている。また、組立部７３の組付位置に対応させて組付状態判定部７６が併設されている。テーブルＴの側方（図の上方）には、上下および回転動作可能なロボットアームＲを備える投入部７１が配置され、基台Ｂの１短辺（図の上辺）に沿って配置される搬送路７０上の複数のパレットＰから、ガスセンサ素子２を順に取り出し、整列部７２へ移送するようになっている。複数のパレットＰには、それぞれ所定数のガスセンサ素子２が、基端部を上向きに整列状態で収容され、ロボットアームＲは、組み付けが完了した後に、排出部７５へ排出される素子組付体１０を、再びパレットＰの所定位置へ戻す。

テーブルＴは、外周縁部の複数個所に円形の保持穴Ｔ１を設けて、ガスセンサ素子２の先端側を保持しながら、回転方向に移動可能となっている。ここでは、例えば６箇所の保持穴Ｔ１を均等配置する構成としているが、後述する組立部７３、検査部７４その他における作業工程等に応じて、適宜設定することができる。これら各部の動作は、図示しない制御部によって制御されており、テーブルＴが回転することで、整列部７２のガスセンサ素子２を組立部７３へ送り出し、空となった整列部７２の保持穴Ｔ１へ、ロボットアームＲがパレットＰからガスセンサ素子２を移送することを繰返し行う。

図８Ｂに詳細を示す整列部７２は、テーブルＴの上方に視覚装置６を配置し、ガスセンサ素子２を保持穴Ｔ１から取り出して、電極位置検出および素子位置決めを行う。視覚装置６は、テーブルＴの保持穴Ｔ１上方に、素子保持部６１を挟んで一対の視覚カメラＣが対向配設され、その間に、ガスセンサ素子２の外周側から光照射する複数の照明装置Ｌを配置している。素子保持部６１は、垂直方向に延びるガイド６４に沿ってスライド（上下動）可能なスライド部材６３と、その先端（図の下端）に、ガスセンサ素子２の基端部を回転可能に保持する把持部材６２を有している。素子保持部６１は、把持部材６２およびスライド部材６３によりガスセンサ素子２を回転可能および上下動可能に設け、電極位置検出の間、把持部材６２とともにガスセンサ素子２を回転駆動し、所定の組付位置に対応する回転位置に調整して組立部７３へ送る。

ここで、整列部７２の視覚装置６を用いた電極位置検出方法（上記図７ＡのステップＳ２の工程）の詳細を、図９を参照しながら説明する。投入部７１のロボットアームＲにより、ガスセンサ素子２が、テーブルＴに移送されると（上記図７ＡのステップＳ１の工程）、素子保持部６１のスライド部材６３が下降して、把持部材６２がガスセンサ素子２を把持し、視覚装置６の視覚カメラＣの高さまで上昇する。この位置で、把持部材６２を回転させながら、一対の視覚カメラＣが対向するガスセンサ素子２の半部をそれぞれ撮像し、得られた画像を順次図示しない画像処理部へ送る。

画像処理部では、図９Ａに示すように、ガスセンサ素子２の一対の電極部４２１、４２２に対応する領域の範囲内となるように、予め一対の検出ウインドウＷ１、Ｗ２を設定し、得られた画像について検出ウインドウＷ１、Ｗ２内の画素を、それぞれの濃淡値を基に白黒２値化処理する。すなわち、外側電極部４２のメッキ光沢を利用して、照明光の反射が強い一対の電極部４２１、４２２に相当する画素を白と判定（図９Ａ右図）し、照明光の反射が弱い電極部４２１、４２２間の素子表面部（素子部）に相当する画素を黒と判定（図９Ａ左図）することができる。そこで、各検出ウインドウＷ１、Ｗ２について、予め設定した２値化レベルを用いて各画素を白黒２値化処理した後（２値化処理手段）、さらに、検出ウインドウＷ１、Ｗ２内にて、白（電極部）と判定された画素数と、黒（素子部）と判定された画素数の割合から、電極部４２１、４２２に相当するか否かを判断する（電極検出手段）。

この時、図９Ｂに示すように、素子部と電極部の濃淡値範囲は、照明強度の大小に依存し、照明強度が小さいと、素子部と電極部の境界部が重なり、双方の濃淡値が混在して分離困難となる（図９Ｂ右図）。そこで、本発明では、上記図７Ｂに示したように、視覚装置６の照明装置Ｌを、一対の視覚カメラＣの間において、ガスセンサ素子２の外周全周を均等に照らすように配置する。ここでは、ガスセンサ素子２の側方を取り囲むように４箇所に配置し、図９Ｂ左図のように、素子部と電極部の間を分離可能な照明強度を設定する。具体的には、図９Ｃ左図において、素子部の最大濃淡値（濃淡値ＭＡＸ）と電極部の最小濃淡値（濃淡値ＭＩＮ）との差を、分離可能な濃淡幅とした時に、この値が極力大きくなるように設定することが望ましい。図９Ｃ右図に示す試験結果から、照明強度が１１０（ｌｍ/ｍ^２）以上であれば、濃淡幅がプラスとなって素子部と電極部を分離可能となることがわかる。また、照明強度が大きいほど、分離可能な領域が大きくなるので、濃淡差が最大となるように設定するのがよく、照明装置Ｌの能力や生産性を考慮して照明強度を最適化することで、効果的に検出精度を向上させることができる。

次に、２値化処理手段の２値化レベルの設定方法を示す。照明強度が最適化されている場合、素子部と電極部が十分分離可能であることから、電極部の検出感度を極力高めて速やかに電極位置を検出することが望ましい。このため、図１０Ａ（下図）のように、予め所定の照明強度の下で、検出対象となるガスセンサ素子２について、素子部と電極部の濃淡分布を取得し、素子部の最大濃淡値（濃淡値ＭＡＸ）に、２値化レベルを設定する。検出ウインドウ内の各画素のうち、２値化レベル以下の濃淡値は、黒（素子部）と判定され、それ以外は白（電極部）と判定される。図１０Ａ（上図）は、この２値化レベルを用いて、２値化処理前後の濃淡画像を並べて示したもので、素子部と電極部の間の領域において、白（電極部）と判定されやすくなり、検出感度が高まる。

図１０Ｂにより、電極検出手段の閾値を設定する方法を示す。図１０Ｂは、予め所定の照明強度の下で得られた電極部の複数の画像について、設定した２値化レベルに基づく処理を施した時の、検出ウインドウ内白画素数（白と判定された画素数）のヒストグラムであり、電極表面状態による光の反射バラツキやノイズにより、図示するような分布が生じる。そこで、２値化処理後の電極部の白画素数の分布から、電極部と判定できる最小画素数を閾値に設定する。これにより、設定した２値化レベルに対し、電極部の濃淡バラツキによらず、確実に電極部と判定することができる。電極検出手段は、一対の検出ウインドウＷ１、Ｗ２のそれぞれについて、２値化処理後の白画素数を閾値と比較し、いずれも閾値以上であれば一対の電極部４２１、４２２を検出と判定する（ＯＫ判定）。

図８Ｂにおいて、整列部７２は、対向する２台の視覚カメラＣにより、ガスセンサ素子２の全面を撮像することが可能であり、一対の電極部４２１、４２２はいずれかの検出ウインドウＷ１、Ｗ２と速やかに一致する。電極検出手段がＯＫ判定すると、直ちにその検出位置に基づいてガスセンサ素子２を位置決めする（上記図７ＡのステップＳ３の工程）。この時、上記図７Ｃに示したように、複数のＯＫ判定結果がある場合には、それらの撮像時の回転角度を平均化し、一対の電極部４２１、４２２と検出ウインドウＷ１、Ｗ２の中心線が略一致するように回転位置を調整して整列させる。次いで、素子保持部６１が、位置決めされたガスセンサ素子２を下降させ、組立部７３で所定の組付位置となるようにテーブルＴの保持穴Ｔ１に投入する。

図８Ａにおいて、組付装置７の組立部７３は、テーブルＴの保持穴Ｔ１の上方に、外側ホルダ３を供給するホルダ供給部Ｆを備える。テーブルＴへ移送されたガスセンサ素子２は、テーブルＴを所定角度回転させることによって、ホルダ供給部Ｆの先端部と対向する位置に移動する。ホルダ供給部Ｆは、公知の構成とすることができ、外側ホルダ３の収容部からテーブルＴへ向けて外側ホルダ３を送り出す整列搬送部Ｆ１を備える。整列搬送部Ｆ１に沿って整列させた外側ホルダ３は、所定の姿勢で先端側へ順に送られ、外側電極部４２の一対の電極部４２１、４２２の中心と外側ホルダ３のホルダ開口端３１１、３１２の中心が一致するように位置決めした状態で、ガスセンサ素子２の基端側に外挿されて素子組付体１０となる（上記図７ＡのステップＳ４の工程）。

組付位置には、撮像装置である視覚カメラＣ１を有する組付状態判定部７６が設けられる。図１１Ａに示すように、素子組付体１０は、外側ホルダ３の開口３２と視覚カメラＣ１が対向するように配置され、視覚カメラＣ１の側方に配置した照明装置Ｌ１から、素子組付体１０へ照明光が照射される。視覚装置７６は、視覚カメラＣ１が撮像した素子組付体１０の組付部画像を、図示しない画像処理部へ送り、白黒２値化処理した後、ホルダ開口端３１１、３１２から露出する一対の電極部４２１、４２２のはみ出し量を測定し、その結果に基づいて組付状態を判定する（上記図７ＡのステップＳ５の工程）。

画像処理部では、図１１Ｂに示すように、外側ホルダ３のホルダ開口端３１１、３１２の内側に、予め一対の検出ウインドウＷ３、Ｗ４を設定し、得られた画像について検出ウインドウＷ３、Ｗ４内の画素を、それぞれの濃淡値を基に白黒２値化処理する。この時、予め設定した２値化レベルを用いて各画素を白黒２値化処理した後（２値化処理手段）、さらに、検出ウインドウＷ３、Ｗ４内にて、白（電極部）と判定された領域の幅を、一対の電極部４２１、４２２の電極露出部４２ａとして必要な最小幅（規定値）と比較する。検出ウインドウＷ３、Ｗ４の面積は、規定値より大きく十分形成されており、測定されたはみ出し量が規定値以上であれば、組付状態が良好であると判定する（判定手段）。測定されたはみ出し量が規定値に満たない場合は、組付状態が良好でないと判定される。

素子組付体１０は、組み付け状態が良好と判断されると、テーブルＴの回転により検査部７４へ送られる。検査部７４では、例えば図示しない公知のセンサ装置により、外側ホルダ３の組付高さが規定の範囲内にあるかどうかを判定する。組付高さが規定の範囲内と判断されると、続く排出部７５に送られ、テーブルＴの所定の回転位置にて、ロボットアームＲにより取り出される（上記図７ＡのステップＳ６、Ｓ７の工程）。

以上のように、本発明によれば、ガスセンサ素子の外周表面に形成される出力取り出し用の外側端子電極部４２を外周全周に形成する必要がなく、電極面積を小さくすることができるので、高価な貴金属使用量を削減できる。また、外側端子電極部４２の一対の電極部４２１、４２２を、視覚装置６を用いた画像の２値化認識により容易に検出し、かつ精度よく組付位置に位置決めできるので、位置決めのための部材形状変更等の必要がなく、さらに組付状態を同様の画像２値化認識により確認できるので、生産性を大きく向上できる。

本発明のガスセンサの製造方法および組付装置は、酸素センサに限らず、外側端子電極に外側端子ホルダを外挿して出力取り出しを行う構成のセンサであれば、いずれにも好適に利用することができる。よって、各種センサの製造に適用されて生産性を大きく向上させ、コストを低減する効果を有する。

Ｂ基台
Ｃ、Ｃ１視覚カメラ（撮像装置）
Ｌ、Ｌ１照明装置
１ガスセンサ
１０素子組付体
２ガスセンサ素子
２１基体
３外側端子ホルダ
３１保持部
３１１、３１２ホルダ開口端
４１測定電極（電極）
４２外側端子電極部
４２１、４２２一対の電極部
５内側端子ホルダ
５１基準電極
６視覚装置
７組付装置
７２整列部
７３組立部
７６組付状態判定部

Claims

コップ型形状の固体電解質体からなる基体（２１）を有し、上記基体の一端側外周面に形成した外側端子電極部（４２）の一対の電極部（４２１、４２２）を他端側外周面に形成した電極（４１）と電気的に接続したガスセンサ素子（２）と、上記基体の一端側に嵌装されて上記一対の電極部と電気的に接続されるＣ字形状の外側端子ホルダ（３）からなる素子組付体（１０）を有するガスセンサ（１）の製造方法であって、
対向配設した一対の撮像装置（Ｃ）の間に、上記ガスセンサ素子を配置して軸周りに回転させ、上記ガスセンサ素子の外周側に配置した複数の照明装置（Ｌ）から上記基体の全周に照明光を照射して、各撮像装置によりそれぞれ対向する上記ガスセンサ素子の半部を撮像し、得られた画像を白黒２値化処理して、上記一対の電極部に対応する一対の検出ウインドウ（Ｗ１、Ｗ２）内の白黒画素割合から、上記一対の電極部の位置を検出する電極位置検出工程（Ｓ２）と、
検出された上記一対の電極部が所定の組付位置となるように、上記ガスセンサ素子の回転位置を調整する素子位置決め工程（Ｓ３）と、
位置決めされた上記一対の電極部と、上記外側端子ホルダの一対のホルダ開口端（３１１、３１２）の位置を対応させて、上記基体の一端側に上記外側端子ホルダを外挿し、上記素子組付体とする組付工程（Ｓ４）と、を備えることを特徴とするガスセンサの製造方法。
上記素子組付体に、撮像装置（Ｃ１）を対向配設し、照明装置（Ｌ１）から照明光を照射して、上記一対のホルダ開口端と上記一対の電極部の組付部を撮像し、得られた画像を白黒２値化処理した後、上記一対のホルダ開口端から露出する上記一対の電極部のはみ出し量を規定値と比較して、組付状態の良否を判定する組付状態判定工程（Ｓ５）を備える請求項１記載のガスセンサの製造方法。
上記電極位置検出工程において、上記照明装置を、上記一対の電極部とその間の素子表面部の濃淡差が最大となる照明強度に設定し、上記２値化処理の２値化レベルを、上記素子表面部の最大濃淡値に設定する請求項１または２記載のガスセンサの製造方法。
上記照明装置の照明強度を、１１０（ｌｍ／ｍ^２）以上に設定する請求項３記載のガスセンサの製造方法。
上記電極位置検出工程は、上記検出ウインドウ内の画素の濃淡値を、上記２値化レベルと比較して、上記一対の電極部に対応する白画素、または、上記素子表面部に対応する黒画素と判定し、上記検出ウインドウ内の白画素数が規定数以上である時に電極位置検出と判定する請求項３または４記載のガスセンサの製造方法。
コップ型形状の固体電解質体からなる基体（２１）を有し、上記基体の一端側外周面に形成した外側端子電極部（４２）の一対の電極部（４２１、４２２）を他端側外周面に形成した電極（４１）と電気的に接続したガスセンサ素子（２）と、上記基体の一端側に嵌装されて上記一対の電極部と電気的に接続されるＣ字形状の外側端子ホルダ（３）からなる素子組付体（１０）を有するガスセンサ（１）の組付装置であって、
対向配設した一対の撮像装置（Ｃ）と、上記一対の撮像装置の間に配置され、上記ガスセンサ素子を軸周りに回転可能に保持する保持部（６２）と、上記ガスセンサ素子の外周側に配置されて上記基体の一端側全周に照明光を照射する複数の照明装置（Ｌ）を備え、上記基体の一端側外周面を撮像して得られた画像を白黒２値化処理して、上記一対の電極部の位置を検出し、上記ガスセンサ素子の回転位置を調整して上記一対の電極部を所定の組付位置とする整列部（７２）と、
上記ガスセンサ素子との組付位置に、上記外側端子ホルダを順に搬送する整列搬送部（Ｆ１）を有するホルダ供給部（Ｆ）を備え、位置決めされた上記一対の電極部と、上記外側端子ホルダの一対のホルダ開口端の位置を対応させて、上記基体の一端側に上記外側端子ホルダを外挿し、上記素子組付体とする組立部（７３）と、を備えることを特徴とするガスセンサの組付装置。
上記素子組付体と対向して配設された撮像装置（Ｃ１）と、上記素子組付体に照明光を照射する照明装置（Ｌ１）と、上記一対のホルダ開口端と上記一対の電極部の組付部を撮像して得られた画像を白黒２値化処理し、上記一対のホルダ開口端から露出する上記一対の電極部のはみ出し量を規定値と比較して、組付状態の良否を判定する組付状態判定部（７６）を備える請求項６記載のガスセンサの組付装置。