JPWO2016051807A1 - 判定方法、レーザ装置、及びセンサの製造方法 - Google Patents
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Abstract
軸が一致するように配された第１の筒状金属体と第２の筒状金属体とが重なる重ね合せ部への、周方向に沿ったレーザ溶接に関する判定を行う判定方法であって、前記レーザ溶接の途中において、前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の少なくとも一方の輪郭の位置を測定する工程と、前記測定により前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の少なくとも一方の位置ずれの有無を判定する工程と、を含む。
Description
本発明は、レーザ溶接判定方法、レーザ装置、及びセンサの製造方法に関する。
従来、部材同士を溶接する方法として、レーザ溶接法が知られている。レーザ溶接法によって溶接した溶接部が正確に形成されているかどうかを確認する方法として、例えば、以下の方法がある。特許文献１において、レーザ溶接時において、レーザ光の反射光や溶接部から発せられるプラズマ光を非接触モニタリングすることにより、溶接不良を判定する方法が開示されている。
従来の方法では、レーザ溶接時において、レーザ光の反射光や溶接部から発せられるプラズマ光をモニタリングしていたため、誤って溶接不良と判断される場合があり、溶接の良否を十分正確に確認できないという問題があった。このため、より正確な溶接の判定方法が望まれていた。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することができる。
（Ａ１）本発明の一形態によれば、軸が一致するように配された第１の筒状金属体と第２の筒状金属体とが重なる重ね合せ部への、周方向に沿ったレーザ溶接に関する判定を行う判定方法が提供される。この判定方法は、前記レーザ溶接の途中において、前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の少なくとも一方の輪郭の位置を測定する工程と、前記測定により前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の少なくとも一方の位置ずれの有無を判定する工程と、を含むことを特徴とする。
この形態の判定方法によれば、レーザ溶接の途中において、前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の少なくとも一方の位置ずれの有無を判定できる。ここで、位置ずれが無いという判定は、レーザ照射は適切な位置に行なわれたことを意味する。このため、この形態の判定方法によれば、溶接の位置ずれの有無を判定できる。また、レーザ照射が適切な位置に行なわれれば、溶接が良好に行なわれる。このため、この形態の判定方法によれば、位置ずれの有無を判定する事で、結果的に溶接の良否を判定できる。
この形態の判定方法によれば、レーザ溶接の途中において、前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の少なくとも一方の位置ずれの有無を判定できる。ここで、位置ずれが無いという判定は、レーザ照射は適切な位置に行なわれたことを意味する。このため、この形態の判定方法によれば、溶接の位置ずれの有無を判定できる。また、レーザ照射が適切な位置に行なわれれば、溶接が良好に行なわれる。このため、この形態の判定方法によれば、位置ずれの有無を判定する事で、結果的に溶接の良否を判定できる。
（Ａ２）上記形態の判定方法において、更に、前記レーザ溶接の前において、前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の少なくとも一方の輪郭の位置を測定し、前記測定により前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の少なくとも一方の位置ずれの有無を判定する工程を含むものとしてもよい。
この形態の判定方法によれば、溶接前に位置ずれを判定することができるため、溶接不良の発生を未然に防ぐことができる。また、溶接前に位置ずれと判定された場合には、位置を補正してから溶接することもできる。
この形態の判定方法によれば、溶接前に位置ずれを判定することができるため、溶接不良の発生を未然に防ぐことができる。また、溶接前に位置ずれと判定された場合には、位置を補正してから溶接することもできる。
（Ａ３）上記形態の判定方法において、更に、前記輪郭を撮影するカメラを用いて基準物体の画像を撮影し、前記画像を用いて前記カメラの位置ずれの有無を判定する位置確認工程を有することを特徴としてもよい。
この形態の判定方法によれば、カメラ自身の位置ずれの有無を判断することで、さらに正確な位置ずれを判定できる。
この形態の判定方法によれば、カメラ自身の位置ずれの有無を判断することで、さらに正確な位置ずれを判定できる。
（Ａ４）上記形態の判定方法において、前記レーザ溶接の途中において、前記軸を中心として前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体を回転させながら前記測定を行なうとしてもよい。
この形態の判定方法によれば、様々な角度から測定ができる。この結果、より正確に溶接の位置ずれを判定できる。
この形態の判定方法によれば、様々な角度から測定ができる。この結果、より正確に溶接の位置ずれを判定できる。
（Ａ５）上記形態の判定方法において、前記レーザ溶接の途中において、前記位置ずれが１回よりも多い所定回数未満検出された場合においても前記位置ずれが有るものと判定せず、前記位置ずれが前記所定回数以上検出された場合に前記位置ずれが有るものと判定するものとしてもよい。
この形態の判定方法によれば、所定回数以上の位置ずれが検出されなければ、位置ずれとは判定されない。この結果、ノイズが除去でき、より正確に溶接の位置ずれを判定できる。
この形態の判定方法によれば、所定回数以上の位置ずれが検出されなければ、位置ずれとは判定されない。この結果、ノイズが除去でき、より正確に溶接の位置ずれを判定できる。
（Ａ６）上記形態の判定方法において、前記測定する工程において、前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の少なくとも一方の輪郭のうち、レーザ光が照射される側の輪郭を含まず、レーザ光が照射されない側の輪郭を含む輪郭の位置を測定するものとしてもよい。
この形態の判定方法によれば、レーザ光の測定への影響を低減できる。この結果、より正確に溶接の位置ずれを判定できる。
この形態の判定方法によれば、レーザ光の測定への影響を低減できる。この結果、より正確に溶接の位置ずれを判定できる。
（Ｂ）本発明の他の形態によれば、軸が一致するように配された第１の筒状金属体と第２の筒状金属体とが重なる重ね合せ部へ、周方向に沿ってレーザ光を照射する照射部と、前記照射部を制御する制御部と、を備えるレーザ装置が提供される。このレーザ装置は、前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の少なくとも一方の輪郭の位置を測定する測定部を備える。前記照射部と前記測定部とは、前記照射部が前記レーザ光を照射する方向と、前記測定部が測定する方向とが非平行となるように配置されている。前記制御部は、前記照射部による照射時において、前記測定部に前記位置を測定させ、前記測定により前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の少なくとも一方の位置ずれの有無を判定する。
この形態のレーザ装置によれば、溶接時において、前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の位置ずれの有無を判定できる。ここで、位置ずれが無いという判定は、レーザ照射は適切な位置に行なわれたことを意味する。このため、この形態のレーザ装置によれば、より正確に溶接の位置ずれを判定できる。
この形態のレーザ装置によれば、溶接時において、前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の位置ずれの有無を判定できる。ここで、位置ずれが無いという判定は、レーザ照射は適切な位置に行なわれたことを意味する。このため、この形態のレーザ装置によれば、より正確に溶接の位置ずれを判定できる。
（Ｃ）本発明の他の形態によれば、センサを構成する第１の筒状金属体と第２の筒状金属体とをレーザ溶接する工程を含む、センサの製造方法が提供される。この製造方法は、前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の少なくとも一方の輪郭を撮影するカメラを用いて基準物体の画像を撮影し、前記画像を用いて前記カメラの位置ずれを判定する位置確認工程と、前記レーザ溶接の途中において、前記カメラを用いて前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の少なくとも一方の輪郭の位置を測定する工程と、前記測定により前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の少なくとも一方の位置ずれの有無を判定する工程と、を含むことを特徴とする。
この形態のセンサの製造方法によれば、より正確に第１の筒状金属体と第２の筒状金属体の溶接の位置ずれを判定できる。また、レーザ照射が適切な位置に行なわれれば、溶接が良好に行なわれるため、この製造方法によれば、結果的に溶接の良否を判定できる。
この形態のセンサの製造方法によれば、より正確に第１の筒状金属体と第２の筒状金属体の溶接の位置ずれを判定できる。また、レーザ照射が適切な位置に行なわれれば、溶接が良好に行なわれるため、この製造方法によれば、結果的に溶接の良否を判定できる。
（Ｄ）本発明の他の形態によれば、軸が一致するように配された第１の筒状金属体と第２の筒状金属体とが重なる重ね合せ部への、周方向に沿ったレーザ溶接に関する判定を行う判定方法が提供される。この判定方法は、前記第１の筒状金属体の所定箇所の輪郭と、前記第２の筒状金属体の所定箇所の輪郭を、測定する工程と、前記測定により前記第１の筒状金属体と前記第２の筒状金属体の位置ずれの有無を判定する工程と、を含むことを特徴とする。
この形態の判定方法によれば、前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の位置ずれの有無を判定できるので、溶接による位置ずれの有無を判定できる。また、位置ずれの有無を判定する事で、結果的に溶接の良否を判定できる。
この形態の判定方法によれば、前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の位置ずれの有無を判定できるので、溶接による位置ずれの有無を判定できる。また、位置ずれの有無を判定する事で、結果的に溶接の良否を判定できる。
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、この判定方法の結果として得られた成形体等の態様で実現することができる。
Ａ．第１実施形態
Ａ−１．ガスセンサの構成
図１は、判定対象の一例であるガスセンサ１０の断面構成を示す説明図である。図１には、ガスセンサ１０の中心軸である軸線ＣＡに沿って切断したガスセンサ１０の断面を図示した。本実施形態の説明において、ガスセンサ１０の紙面下方側を「先端側」といい、ガスセンサ１０の紙面上方側を「後端側」という。
Ａ−１．ガスセンサの構成
図１は、判定対象の一例であるガスセンサ１０の断面構成を示す説明図である。図１には、ガスセンサ１０の中心軸である軸線ＣＡに沿って切断したガスセンサ１０の断面を図示した。本実施形態の説明において、ガスセンサ１０の紙面下方側を「先端側」といい、ガスセンサ１０の紙面上方側を「後端側」という。
ガスセンサ１０は、内燃機関の排気系に装着され、排気ガスに含まれる酸素（Ｏ２）を検知する酸素センサである。本実施形態において、ガスセンサ１０は、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）を利用したジルコニア式酸素センサである。
図１に示すように、ガスセンサ１０は、センサ素子１００と、発熱体１５０と、主体金具２００と、プロテクタ３００と、外筒４１０と、第１出力端子５２０と、第２出力端子５３０と、第１リード線５７０と、第２リード線５８０と、第３リード線５９０とを備える。
ガスセンサ１０のセンサ素子１００は、酸素分圧に応じた起電力を出力する酸素濃淡電池を構成する。センサ素子１００は、固体電解質体１１０と、内側電極１２０と、外側電極１３０とを備える。
センサ素子１００の固体電解質体１１０は、酸化物イオン伝導性（酸素イオン伝導性）を有する材料からなり、軸線ＣＡに沿って延伸し先端側が閉塞した有底筒状に形成されている。本実施形態では、固体電解質体１１０の材料は、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）を添加した酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、すなわち、イットリア部分安定化ジルコニアである。他の実施形態として、固体電解質体１１０の材料は、酸化カルシウム（ＣａＯ）や、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化セリウム（ＣｅＯ2）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）等から選択される酸化物を添加した部分安定化ジルコニアであっても良い。
センサ素子１００の内側電極１２０は、固体電解質体１１０の内側を覆うように形成されている。センサ素子１００の外側電極１３０は、固体電解質体１１０の外側を覆うように形成されている。本実施形態において、内側電極１２０および外側電極１３０の材料は、白金（Ｐｔ）である。他の実施形態において、白金合金であっても良いし、他の貴金属や、他の貴金属合金であっても良い。本実施形態では、内側電極１２０および外側電極１３０は、無電解メッキによって形成されている。
ガスセンサ１０の発熱体１５０は、センサ素子１００の内側に設けられ、第３リード線５９０を介した電力に基づいて発熱し、センサ素子１００を加熱する。本実施形態では、ガスセンサ１０の精度を向上させるために、第３リード線５９０から発熱体１５０に供給される電力を調整することによって、センサ素子１００の温度は一定に維持される。
ガスセンサ１０の主体金具２００は、円筒状の金属部材である。主体金具２００の内側には、センサ素子１００が保持される。主体金具２００の外周には、ネジ部２１０が形成されており、ガスセンサ１０は、ネジ部２１０を介して排気管に取り付けられる。
ガスセンサ１０のプロテクタ３００は、有底円筒状の金属部材である。プロテクタ３００は、主体金具２００の先端側から突出したセンサ素子１００を覆うように主体金具２００の先端側に固設され、センサ素子１００を保護する。プロテクタ３００には、センサ素子１００へと排気ガスを導入可能とするために貫通孔３１１，３１２が形成されている。
主体金具２００とプロテクタ３００とは、回転軸が軸線ＣＡとして一致するように配されている。主体金具２００とプロテクタ３００とは、重ね合せ部１７０において重ね合せられている。重ね合せ部１７０への周方向に沿ったレーザ溶接により、溶接部１８０が形成されることにより、プロテクタ３００は主体金具２００に固設される。重ね合せ部１７０へのレーザ溶接における位置ずれの有無の判定方法においては、後に詳述する。
ガスセンサ１０の外筒４１０は、円筒状の金属部材である。外筒４１０は、主体金具２００の後端側から突出したセンサ素子１００、発熱体１５０、第１出力端子５２０および第２出力端子５３０を覆うように、主体金具２００の後端側に固設され、センサ素子１００、発熱体１５０、第１出力端子５２０および第２出力端子５３０を保護する。
本実施形態では、センサ素子１００は、センサ素子１００の内側に外気を導入可能に構成されている。センサ素子１００の内側に導入された外気は、ガスセンサ１０が排気ガスから酸素を検知するための基準となる基準ガスとして利用される。
ガスセンサ１０の第１出力端子５２０は、センサ素子１００に形成された内側電極１２０と、第１リード線５７０との間を、電気的に接続する導体である。ガスセンサ１０の第２出力端子５３０は、センサ素子１００に形成された外側電極１３０と、第２リード線５８０との間を、電気的に接続する導体である。ガスセンサ１０の第１リード線５７０および第２リード線５８０は、ガスセンサ１０からのセンサ出力を処理する処理回路（図示しない）へと電気的に接続される。
ガスセンサ１０では、内側電極１２０は、基準ガスである外気に曝される基準電極として機能し、外側電極１３０は、排気ガスに曝される検出電極として機能する。これによって、センサ素子１００には、基準ガスと排気ガスとの間の酸素濃度差に応じた起電力が発生する。このセンサ素子１００の起電力は、第１リード線５７０および第２リード線５８０を介してガスセンサ１０の外部へと、センサ出力として出力される。
Ａ−２．レーザ装置
図２は、ガスセンサ１０の後端側からレーザ装置６００を示す模式図である。本実施形態において、レーザ装置６００は、主体金具２００とプロテクタ３００との溶接部１８０を形成する際に用いられる。レーザ装置６００は、固定具６１０と、照射部６２０と、測定部６３０と、確認板６４０と、照明６５０と、制御部６６０を備える。
図２は、ガスセンサ１０の後端側からレーザ装置６００を示す模式図である。本実施形態において、レーザ装置６００は、主体金具２００とプロテクタ３００との溶接部１８０を形成する際に用いられる。レーザ装置６００は、固定具６１０と、照射部６２０と、測定部６３０と、確認板６４０と、照明６５０と、制御部６６０を備える。
図３は、ガスセンサ１０の側面側からレーザ装置６００を示す模式図である。固定具６１０は、主体金具２００を固定する装置である。固定具６１０は、主体金具２００を固定した状態において、主体金具２００とプロテクタ３００との軸を中心として回転させることができる。
照射部６２０は、レーザを照射する装置である（図２参照）。照射部６２０は、主体金具２００とプロテクタ３００とが重なる重ね合せ部１７０へ、周方向に沿ってレーザ光を照射できる。
測定部６３０は、主体金具２００及びプロテクタ３００の少なくとも一方の輪郭の位置を測定する装置である。本実施形態において、測定部６３０はカメラを用いるが、赤外線センサを用いても良い。測定部６３０による測定は、主体金具２００の所定箇所の輪郭とプロテクタ３００の所定箇所の輪郭とに関して行うことが好ましい。
確認板６４０は、測定部６３０と照明６５０との間に設けられており、金属板により形成されている。確認板６４０は、測定部６３０が正しい位置に形成されていることを確認するために用いられる基準物体である。
照明６５０は、主体金具２００及びプロテクタ３００の少なくとも一方の輪郭を浮かび上がらせるために設けられている。照明６５０は、測定部６３０から見たときに、確認板６４０と照明６５０とが重なるように設けられている。本実施形態において、照明６５０は、ＬＥＤを用いる。
制御部６６０は、レーザ装置の各部を制御する制御ユニットである。制御部６６０は、それらの制御に使用されるＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを備えている。
本実施形態において、照射部６２０と測定部６３０とは、照射部６２０がレーザ光を照射する方向と、測定部６３０が測定する方向とが非平行となるように、すなわち、これらの２つの方向が互いに交わるように配置されている。このように配置することにより、測定部６３０が主体金具２００及びプロテクタ３００の少なくとも一方の輪郭の位置を測定する際に、照射部６２０によって照射されるレーザ光の影響を低減できる。このため、位置ずれの判定をより正確に行なうことができる。ここで、「位置ずれ」とは、治具（固定具６１０）に対する主体金具２００及びプロテクタ３００の少なくとも一方の位置ずれと、主体金具２００とプロテクタ３００との相互の位置ずれの少なくとも一方を示す。
本実施形態において、主体金具２００及びプロテクタ３００の少なくとも一方の輪郭のうち、レーザ光が照射される側の輪郭を含まず、レーザ光が照射されない側の輪郭の位置を、測定部６３０は測定する。つまり、図２に示すように、主体金具２００及びプロテクタ３００を照射部６２０側（図中レーザ照射側）と反対側（図中逆側）に２分割した場合、測定部６３０は反対側に位置する。そして、測定部６３０は、レーザ照射がされる側とは反対側の輪郭であって、主体金具２００及びプロテクタ３００の少なくとも一方の輪郭の位置を測定する。このようにすることにより、照射部６２０によって照射されるレーザ光の影響を低減できるとともに、レーザ溶接によって発生するスパッタの影響についても低減できる。このため、より正確に位置ずれの有無を判定できる。この結果、より正確に溶接の位置ずれを判定できる。
Ａ−３．判定方法
図４は、位置ずれの有無を判定する判定方法を示す工程図である。「課題を解決するための手段」における「第１の筒状金属体」と「第２の筒状金属体」とは、「主体金具２００」と、「プロテクタ３００」とに相当する。
図４は、位置ずれの有無を判定する判定方法を示す工程図である。「課題を解決するための手段」における「第１の筒状金属体」と「第２の筒状金属体」とは、「主体金具２００」と、「プロテクタ３００」とに相当する。
ステップＳ１１０において、制御部６６０は固定具６１０を制御し、プロテクタ３００が圧入された主体金具２００は、固定具６１０により持ち上げられ、固定される。
次に、ステップＳ１２０において、制御部６６０は、測定部６３０により確認板６４０の位置を測定させる。
図５は、測定部６３０により得られた画像の例を示す。領域Ｔ１は、基準物体としての確認板６４０の輪郭を測定する際に用いる領域であり、領域Ｔ２は、プロテクタ３００の輪郭を測定する際に用いる領域であり、領域Ｔ３は、主体金具２００の輪郭を測定する際に用いる領域である。これ以降のステップにおいて、測定部６３０は、主体金具２００とプロテクタ３００と確認板６４０との少なくとも一つの輪郭の位置を測定する。このように、領域Ｔ１、領域Ｔ２、領域Ｔ３は全て重なることなく、それぞれの位置ずれの判定を行なうことができるように配置されている。
まず、ステップＳ１２０において（図４参照）、測定部６３０は領域Ｔ１における確認板６４０の輪郭の位置を測定する。その後、ステップＳ１２５において、制御部６６０は、測定により測定部６３０の位置ずれの有無を判定する。具体的には、確認板６４０の輪郭の位置が、予め制御部６６０に記憶されている基準位置に対して所定の許容範囲内にある場合、次のステップに移行する。一方、確認板６４０の輪郭の位置が、予め制御部６６０に記憶されている基準位置に対して所定の許容範囲を超えた場合、次のステップには移らず、制御部６６０は、異常である旨を実施者に音や光により報知し、実施者の確認が終わった旨の信号を受信するまで待機する。この工程により、測定部６３０の位置が正常な位置かどうか確認できる。また、実施者は異常検知により測定部６３０の位置を正常位置に補正することができる。なお、「課題を解決するための手段」における「位置確認工程」が「ステップＳ１２５」に相当する。つまり、ステップＳ１２５は、主体金具２００及びプロテクタ３００の少なくとも一方の輪郭を撮影する測定部６３０を用い、測定部６３０の位置ずれを判定する工程である。この工程により、測定部６３０の垂直方向の位置ずれの有無を判定できる。本実施形態では、測定部６３０が垂直方向にしか動き得ない構成となっているため、領域Ｔ１としては垂直方向の基準位置を確認するものを使用する。但し、垂直方向に加えて水平方向の基準位置を確認するようにしてもよい。なお、測定部６３０の位置ずれの有無の判定に用いる基準物体としては、確認板６４０以外の他の種々の物体を利用可能である。例えば、基準物体として、垂直方向や水平方向の基準位置を画像で確認するための基準マーク（例えば、十字形マーク）を有する物体を利用することが可能である。この場合には、基準物体の輪郭を用いて位置ずれの有無を判定するのではなく、画像内での基準マークの位置に応じて測定部６３０の位置ずれの有無を判定する。
次に、ステップＳ１３０において、制御部６６０は、測定部６３０によりプロテクタ３００の位置を測定させる。具体的には、測定部６３０は、領域Ｔ２におけるプロテクタ３００の輪郭の位置を測定する。輪郭の位置は水平方向における輪郭の位置である。この測定は、主体金具２００とプロテクタ３００を回転させずに停止させた状態で行ってもよく、或いは、両者を回転させながら行ってもよい。
その後、ステップＳ１３５において、制御部６６０は、測定によりプロテクタ３００の位置ずれの有無を判定する。プロテクタ３００の輪郭の位置が、予め制御部６６０に記憶されている基準位置に対して所定の許容範囲内にある場合、次のステップに移行する。一方、プロテクタ３００の輪郭の位置が、予め制御部６６０に記憶されている基準位置に対して所定の許容範囲を超えた場合、次のステップには移らず、制御部６６０は、異常である旨を実施者に音や光により報知し、実施者の確認が終わった旨の信号を受信するまで待機する。この工程により、プロテクタ３００の水平方向の位置ずれの有無を判定できる。
ステップＳ１４０において、制御部６６０は、測定部６３０により主体金具２００の位置を測定させる。具体的には、測定部６３０は、領域Ｔ３における主体金具２００の輪郭の位置を測定する。輪郭の位置は垂直方向における輪郭の位置である。この測定は、主体金具２００とプロテクタ３００を回転させずに停止させた状態で行ってもよく、或いは、両者を回転させながら行ってもよい。
その後、ステップＳ１４５において、制御部６６０は、測定により主体金具２００の位置ずれの有無を判定する。主体金具２００の輪郭の位置が、予め制御部６６０に記憶されている基準位置に対して所定の許容範囲内にある場合、次のステップに移行する。一方、主体金具２００の輪郭の位置が、予め制御部６６０に記憶されている基準位置に対して所定の許容範囲を超えた場合、次のステップには移らず、制御部６６０は、異常である旨を実施者に音や光により報知し、実施者の確認が終わった旨の信号を受信するまで待機する。この工程により、主体金具２００の垂直方向の位置ずれの有無を判定できる。また、予め制御部６６０に記憶されている基準位置に対して所定の許容範囲を超えた場合、次のステップに移らないことにより、不良品の製造を未然に防ぐことができる。
ステップＳ１５０において、制御部６６０は、溶接を開始する。具体的には、固定具６１０により主体金具２００及びプロテクタ３００を回転させた状態において、照射部６２０により重ね合せ部１７０への周方向に沿ったレーザ溶接を開始する。
ステップＳ１６０において、制御部６６０は、照射部６２０による照射時において、主体金具２００およびプロテクタ３００の位置を測定し、また、その測定結果を用いて位置ずれの有無を判定する。具体的には、測定部６３０は、領域Ｔ２におけるプロテクタ３００の輪郭の位置および領域Ｔ３における主体金具２００の輪郭の位置を測定し、位置ずれの有無を判定する。この測定は、主体金具２００とプロテクタ３００を回転させながら行うことが好ましい。なお、位置ずれ有無の判定は、主体金具２００とプロテクタ３００を回転させながら行ってもよく、或いは、両者が停止した状態（例えば溶接後）に行ってもよい。レーザ光の反射光やプラズマ光などの光源を測定対象とする場合よりも、本実施形態のように測定対象が物の輪郭であるほうが、光源を測定対象とする場合と比較して、本来の測定対象以外の物による測定精度の低下を抑制できる。
図６は、主体金具２００及びプロテクタ３００の軸線ＣＡと固定具６１０の回転軸がずれた様子を示す模式図である。主体金具２００及びプロテクタ３００の軸線ＣＡと固定具６１０の回転軸がずれた場合、レーザの焦点Ｐに対する主体金具２００及びプロテクタ３００の位置が変わるため、レーザ溶接位置における溶け込み具合が均一とならない。溶接中に測定を行うことにより、溶接前において位置ずれが検出されない場合においても、溶接中において位置ずれが検出され得る。つまり、溶接前の状態において、測定部６３０では測定が難しい方向（回転前の測定部６３０の測定方向）において位置ずれがある場合にも、溶接中においてその位置ずれを検出できる。
本実施形態において、レーザ溶接の途中において、軸線ＣＡを中心として主体金具２００及びプロテクタ３００を１回転させる間に、位置の測定は、３回以上行なうことが好ましい。このようにすることにより、様々な角度から位置の測定を行なうことができる。このため、より正確に主体金具２００及びプロテクタ３００の位置ずれの有無を判定でき、その結果、より正確に溶接の位置ずれを判定できる。例えば、１回転させる間に、等間隔で３回の測定を行なった場合、１２０°間隔の測定を行なうことができる。なお、本実施形態において、位置の測定は、１０回から１５回行なう。
また、本実施形態において、制御部６６０は、レーザ溶接の途中において、１回よりも多い所定回数未満の位置ずれが検出された場合においても、位置ずれが有るものと判定せず、所定回数以上の位置ずれが検出された場合に位置ずれが有るものと判定することが好ましい。このようにすることにより、ノイズが除去でき、より正確に溶接の位置ずれの有無を判定できる。本実施形態において、所定回数は３回とする。
ステップＳ１７０において、制御部６６０は、照射部６２０による溶接を終了する。その後、ステップＳ１８０において、制御部６６０は、位置ずれによる溶接不良があるか否かの判定を行う。具体的には、ステップＳ１６０において主体金具２００またはプロテクタ３００に位置ずれが無いと判定されていた場合には、位置ずれによる溶接不良が無いものと判定する。すなわち、溶接中に位置ずれが無いと判定された場合には、レーザ照射が適切な位置に行なわれたものと判定する。
一方、ステップＳ１６０において、主体金具２００またはプロテクタ３００の少なくとも一方に位置ずれが有ると判定されていた場合、レーザ照射は適切な位置に照射されていないので、溶接不良があるものと判定する。このため、溶接がなされた主体金具２００及びプロテクタ３００は不良品として取り扱われる。
Ｂ．他の実施形態
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
上述の実施形態のステップＳ１３５において、プロテクタ３００の位置が予め制御部６６０に記憶されている基準位置に対して所定の許容範囲内にある場合、次のステップに移行するとしたが、その位置ずれ量を用いて、ステップＳ１３５において領域Ｔ２の位置や、領域Ｔ２における基準位置を補正してもよい。同様に、ステップＳ１４５において主体金具２００の位置が基準位置に対して所定の許容範囲内にある場合に、領域Ｔ３の位置や、領域Ｔ３における基準位置を補正してもよい。つまり、溶接前における位置ずれが許容範囲内の場合、その位置ずれ量に基づいて、領域Ｔ２，Ｔ３の位置やそれらの基準位置を補正し、ステップＳ１６０において補正後の領域Ｔ２，Ｔ３を用いてプロテクタ３００と主体金具２００の輪郭の位置を測定してもよい。このようにすることにより、位置ずれを柔軟に判定できる。特に、本実施形態において主体金具２００の垂直方向の位置を測定できる領域は、ネジ部２１０より先端側にある水平な面であり、この面は狭い。このため、上述のような補正を行えば、位置ずれをより柔軟に判定できる。
上述の実施形態において、水平方向の位置ずれを判定（ステップＳ１３５）した後、垂直方向の位置ずれを判定（ステップＳ１４５）する。しかし、本発明はこれに限られず、垂直方向の位置ずれを判定した後、水平方向の位置ずれを判定してもよく、水平方向および垂直方向のどちらか一方のみの位置ずれを判定しても良い。また、上述の実施形態では、プロテクタ３００に関して水平方向の位置ずれのみを判定していたが、プロテクタ３００に関して垂直方向の位置ずれのみを判定するようにしても良く、或いは、水平方向と垂直方向の位置ずれの両方を判定するようにしても良い。また、上述の実施形態では、主体金具２００に関して垂直方向の位置ずれのみを判定していたが、主体金具２００に関して水平方向の位置ずれのみを判定するようにしても良く、或いは、水平方向と垂直方向の位置ずれの両方を判定するようにしても良い。
上述した実施形態では、第１の筒状金属体としての主体金具２００と第２の筒状金属体としてのプロテクタ３００とを溶接する際の判定について説明したが、第１の筒状金属体と第２の筒状金属体としては、これ以外の種々のものを採用可能である。また、本発明は、ガスセンサ以外の他の種類のセンサを構成する筒状金属体同士の溶接にも適用可能である。すなわち、本発明は、センサの製造工程において、軸が一致するように第１の筒状金属体と第２の筒状金属体とが設置されて両者の重ね合せ部が形成され、その重ね合わせ部にレーザ溶接が行われる場合に広く適用可能である。
１０…ガスセンサ
１００…センサ素子
１１０…固体電解質体
１２０…内側電極
１３０…外側電極
１５０…発熱体
１７０…重ね合せ部
１８０…溶接部
２００…主体金具
２１０…ネジ部
３００…プロテクタ
４１０…外筒
５２０…第１出力端子
５３０…第２出力端子
５７０…第１リード線
５８０…第２リード線
５９０…第３リード線
６００…レーザ装置
６１０…固定具
６２０…照射部
６３０…測定部
６４０…確認板（基準物体）
６５０…照明
６６０…制御部
Ｐ…焦点
Ｔ１…領域
Ｔ２…領域
Ｔ３…領域
ＣＡ…軸線
１００…センサ素子
１１０…固体電解質体
１２０…内側電極
１３０…外側電極
１５０…発熱体
１７０…重ね合せ部
１８０…溶接部
２００…主体金具
２１０…ネジ部
３００…プロテクタ
４１０…外筒
５２０…第１出力端子
５３０…第２出力端子
５７０…第１リード線
５８０…第２リード線
５９０…第３リード線
６００…レーザ装置
６１０…固定具
６２０…照射部
６３０…測定部
６４０…確認板（基準物体）
６５０…照明
６６０…制御部
Ｐ…焦点
Ｔ１…領域
Ｔ２…領域
Ｔ３…領域
ＣＡ…軸線
（Ａ１）本発明の一形態によれば、軸が一致するように配された第１の筒状金属体と第２の筒状金属体とが重なる重ね合せ部への、周方向に沿ったレーザ溶接に関する判定を行う判定方法が提供される。この判定方法は、前記レーザ溶接の途中において、前記重ね合せ部をカメラと照明部を用いて撮影し、撮影した画像を用いて前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の少なくとも一方の輪郭の位置を測定する工程と、前記測定により前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の少なくとも一方の位置ずれの有無を判定する工程と、を含むことを特徴とする。
この形態の判定方法によれば、レーザ溶接の途中において、前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の少なくとも一方の位置ずれの有無を判定できる。ここで、位置ずれが無いという判定は、レーザ照射は適切な位置に行なわれたことを意味する。このため、この形態の判定方法によれば、溶接の位置ずれの有無を判定できる。また、レーザ照射が適切な位置に行なわれれば、溶接が良好に行なわれる。このため、この形態の判定方法によれば、位置ずれの有無を判定する事で、結果的に溶接の良否を判定できる。
この形態の判定方法によれば、レーザ溶接の途中において、前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の少なくとも一方の位置ずれの有無を判定できる。ここで、位置ずれが無いという判定は、レーザ照射は適切な位置に行なわれたことを意味する。このため、この形態の判定方法によれば、溶接の位置ずれの有無を判定できる。また、レーザ照射が適切な位置に行なわれれば、溶接が良好に行なわれる。このため、この形態の判定方法によれば、位置ずれの有無を判定する事で、結果的に溶接の良否を判定できる。
（Ｂ）本発明の他の形態によれば、軸が一致するように配された第１の筒状金属体と第２の筒状金属体とが重なる重ね合せ部へ、周方向に沿ってレーザ光を照射する照射部と、前記照射部を制御する制御部と、を備えるレーザ装置が提供される。このレーザ装置は、前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の少なくとも一方の輪郭の位置を測定する測定部を備える。前記測定部は、前記重ね合せ部を撮影するためのカメラと照明部とを有する。前記照射部と前記測定部とは、前記照射部が前記レーザ光を照射する方向と、前記測定部が測定する方向とが非平行となるように配置されている。前記制御部は、前記照射部による照射時において、前記測定部に前記位置を測定させ、前記測定により前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の少なくとも一方の位置ずれの有無を判定する。
この形態のレーザ装置によれば、溶接時において、前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の位置ずれの有無を判定できる。ここで、位置ずれが無いという判定は、レーザ照射は適切な位置に行なわれたことを意味する。このため、この形態のレーザ装置によれば、より正確に溶接の位置ずれを判定できる。
この形態のレーザ装置によれば、溶接時において、前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の位置ずれの有無を判定できる。ここで、位置ずれが無いという判定は、レーザ照射は適切な位置に行なわれたことを意味する。このため、この形態のレーザ装置によれば、より正確に溶接の位置ずれを判定できる。
（Ｃ）本発明の他の形態によれば、センサを構成する第１の筒状金属体と第２の筒状金属体とをレーザ溶接する工程を含む、センサの製造方法が提供される。この製造方法は、前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の少なくとも一方の輪郭を撮影するカメラと照明部を用いて基準物体の画像を撮影し、前記画像を用いて前記カメラの位置ずれを判定する位置確認工程と、前記レーザ溶接の途中において、前記カメラを用いて前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の少なくとも一方の輪郭の位置を測定する工程と、前記測定により前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の少なくとも一方の位置ずれの有無を判定する工程と、を含むことを特徴とする。
この形態のセンサの製造方法によれば、より正確に第１の筒状金属体と第２の筒状金属体の溶接の位置ずれを判定できる。また、レーザ照射が適切な位置に行なわれれば、溶接が良好に行なわれるため、この製造方法によれば、結果的に溶接の良否を判定できる。
この形態のセンサの製造方法によれば、より正確に第１の筒状金属体と第２の筒状金属体の溶接の位置ずれを判定できる。また、レーザ照射が適切な位置に行なわれれば、溶接が良好に行なわれるため、この製造方法によれば、結果的に溶接の良否を判定できる。
（Ｄ）本発明の他の形態によれば、軸が一致するように配された第１の筒状金属体と第２の筒状金属体とが重なる重ね合せ部への、周方向に沿ったレーザ溶接に関する判定を行う判定方法が提供される。この判定方法は、前記重ね合せ部をカメラと照明部を用いて撮影し、撮影した画像を用いて、前記第１の筒状金属体の所定箇所の輪郭と、前記第２の筒状金属体の所定箇所の輪郭を、測定する工程と、前記測定により前記第１の筒状金属体と前記第２の筒状金属体の位置ずれの有無を判定する工程と、を含むことを特徴とする。
この形態の判定方法によれば、前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の位置ずれの有無を判定できるので、溶接による位置ずれの有無を判定できる。また、位置ずれの有無を判定する事で、結果的に溶接の良否を判定できる。
この形態の判定方法によれば、前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の位置ずれの有無を判定できるので、溶接による位置ずれの有無を判定できる。また、位置ずれの有無を判定する事で、結果的に溶接の良否を判定できる。
Claims (17)
- 軸が一致するように配された第１の筒状金属体と第２の筒状金属体とが重なる重ね合せ部への、周方向に沿ったレーザ溶接に関する判定を行う判定方法であって、
前記レーザ溶接の途中において、前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の少なくとも一方の輪郭の位置を測定する工程と、
前記測定により前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の少なくとも一方の位置ずれの有無を判定する工程と、
を含むことを特徴とする、判定方法。 - 請求項１に記載の判定方法であって、更に、
前記レーザ溶接の前において、前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の少なくとも一方の輪郭の位置を測定し、前記測定により前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の少なくとも一方の位置ずれの有無を判定する工程を含む、
判定方法。 - 請求項１に記載の判定方法であって、更に、
前記輪郭を撮影するカメラを用いて基準物体の画像を撮影し、前記画像を用いて前記カメラの位置ずれの有無を判定する位置確認工程を有する、判定方法。 - 請求項１〜３のいずれか一項に記載の判定方法であって、
前記レーザ溶接の途中において、前記軸を中心として前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体を回転させながら前記測定を行なう、判定方法。 - 請求項４に記載の判定方法であって、
前記レーザ溶接の途中において、
前記位置ずれが１回よりも多い所定回数未満検出された場合においても前記位置ずれが有るものと判定せず、前記位置ずれが前記所定回数以上検出された場合に前記位置ずれが有るものと判定する、
判定方法。 - 請求項１に記載の判定方法であって、
前記測定する工程において、前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の少なくとも一方の輪郭のうち、レーザ光が照射される側の輪郭を含まず、前記レーザ光が照射されない側の輪郭を含む輪郭の位置を測定する、判定方法。 - 軸が一致するように配された第１の筒状金属体と第２の筒状金属体とが重なる重ね合せ部へ、周方向に沿ってレーザ光を照射する照射部と、前記照射部を制御する制御部と、を備えるレーザ装置であって、
前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の少なくとも一方の輪郭の位置を測定する測定部、
を備え、
前記照射部と前記測定部とは、前記照射部が前記レーザ光を照射する方向と、前記測定部が測定する方向とが非平行となるように配置されており、
前記制御部は、
前記照射部による照射時において、前記測定部に前記位置を測定させ、
前記測定により前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の少なくとも一方の位置ずれの有無を判定することを特徴とする、レーザ装置。 - 請求項７に記載のレーザ装置であって、
前記測定部はカメラであり、
前記制御部は、前記カメラに基準物体の画像を撮影させ、前記画像を用いて前記カメラの位置ずれの有無を判定する、レーザ装置。 - 請求項７または請求項８に記載のレーザ装置であって、
前記制御部は、レーザ溶接の途中において、前記軸を中心として前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体を回転させながら前記測定部に測定を行なわせる、レーザ装置。 - 請求項７に記載のレーザ装置であって、
前記制御部は、前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の少なくとも一方の輪郭のうち、前記レーザ光が照射される側の輪郭を含まず、前記レーザ光が照射されない側の輪郭を含む輪郭の位置を、前記測定部に測定させる、レーザ装置。 - センサを構成する第１の筒状金属体と第２の筒状金属体とをレーザ溶接する工程を含む、センサの製造方法であって、
前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の少なくとも一方の輪郭を撮影するカメラを用いて基準物体の画像を撮影し、前記画像を用いて前記カメラの位置ずれを判定する位置確認工程と、
前記レーザ溶接の途中において、前記カメラを用いて前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の少なくとも一方の輪郭の位置を測定する工程と、
前記測定により前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の少なくとも一方の位置ずれの有無を判定する工程と、
を含むことを特徴とする、センサの製造方法。 - 請求項１１に記載のセンサの製造方法であって、
前記レーザ溶接の途中において、軸を中心として前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体を回転させながら前記測定を行なう、センサの製造方法。 - 請求項１１に記載のセンサの製造方法であって、
前記測定する工程において、前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の少なくとも一方の輪郭のうち、レーザ光が照射される側の輪郭を含まず、前記レーザ光が照射されない側の輪郭を含む輪郭の位置を測定する、センサの製造方法。 - 軸が一致するように配された第１の筒状金属体と第２の筒状金属体とが重なる重ね合せ部への、周方向に沿ったレーザ溶接に関する判定を行う判定方法であって、
前記第１の筒状金属体の所定箇所の輪郭と、前記第２の筒状金属体の所定箇所の輪郭を、測定する工程と、
前記測定により前記第１の筒状金属体と前記第２の筒状金属体の位置ずれの有無を判定する工程と、
を含むことを特徴とする、判定方法。 - 請求項１４に記載の判定方法であって、更に、
前記輪郭を撮影するカメラを用いて基準物体の画像を撮影し、前記画像を用いて前記カメラの位置ずれの有無を判定する位置確認工程を有する、判定方法。 - 請求項１４または請求項１５に記載の判定方法であって、
前記軸を中心として前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体を回転させながら前記測定を行なう、判定方法。 - 請求項１４に記載の判定方法であって、
前記測定する工程において、前記第１の筒状金属体及び前記第２の筒状金属体の少なくとも一方の輪郭のうち、レーザ光が照射される側の輪郭を含まず、前記レーザ光が照射されない側の輪郭を含む輪郭の位置を測定する、判定方法。
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