KR101981410B1 - 판정방법, 레이저 장치 및 센서의 제조방법 - Google Patents

판정방법, 레이저 장치 및 센서의 제조방법 Download PDF

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Abstract

축이 일치하도록 배치된 제 1 통형상 금속체와 제 2 통형상 금속체가 겹치는 중합부에 대한 둘레방향을 따르는 레이저 용접에 관한 판정을 하는 판정방법으로서, 상기 레이저 용접의 도중에 있어서, 상기 중합부를 사이에 두고서 카메라의 반대측에 배치된 조명을 이용하여 상기 중합부를 조명하면서 상기 카메라를 이용하여 상기 중합부를 촬영하고, 촬영한 화상을 이용하여 상기 제 1 통형상 금속체 및 상기 제 2 통형상 금속체의 적어도 일방의 윤곽의 위치를 측정하는 공정과, 상기 측정에 의해서 상기 제 1 통형상 금속체 및 상기 제 2 통형상 금속체의 적어도 일방의 위치 편차의 유무를 판정하는 공정을 포함한다.

Description

판정방법, 레이저 장치 및 센서의 제조방법{ASSESSMENT METHOD, LASER DEVICE, AND SENSOR PRODUCTION METHOD}
본 발명은 레이저 용접 판정방법, 레이저 장치 및 센서의 제조방법에 관한 것이다.
종래에는 부재끼리를 용접하는 방법으로서 레이저 용접법이 알려져 있다. 레이저 용접법에 의해서 용접한 용접부가 정확하게 형성되어 있는지 아닌지를 확인하는 방법으로서, 예를 들면 이하의 방법이 있다. 특허문헌 1에는, 레이저 용접시에 있어서 레이저 광의 반사광이나 용접부에서 발생되는 플라스마 광을 비접촉 모니터링함에 의해서 용접 불량을 판정하는 방법이 개시되어 있다.
특허문헌 1 : 일본국 특개 2010-197247호 공보 특허문헌 2 : 일본국 특개 2004-354274호 공보
종래의 방법에서는, 레이저 용접시에 있어서, 레이저 광의 반사광이나 용접부에서 발생되는 플라스마 광을 모니터링하고 있었기 때문에, 용접 불량이라고 잘못 판단되는 경우가 있어 용접의 양부(良否)를 충분히 정확하게 확인할 수 없다고 하는 문제가 있었다. 이 때문에, 보다 정확한 용접의 판정방법이 기대되고 있었다.
본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 이하의 형태로서 실현할 수 있다.
(A1) 본 발명의 일 형태에 의하면, 축이 일치하도록 배치된 제 1 통형상 금속체와 제 2 통형상 금속체가 겹치는 중합부에 대한 둘레방향을 따르는 레이저 용접에 관한 판정을 하는 판정방법이 제공된다. 이 판정방법은, 상기 레이저 용접의 도중에 있어서, 상기 중합부를 사이에 두고서 카메라의 반대측에 배치된 조명을 이용하여 상기 중합부를 조명하면서 상기 카메라를 이용하여 상기 중합부를 촬영하고, 촬영한 화상을 이용하여 상기 제 1 통형상 금속체 및 상기 제 2 통형상 금속체의 적어도 일방의 윤곽의 위치를 측정하는 공정과, 상기 측정에 의해서 상기 제 1 통형상 금속체 및 상기 제 2 통형상 금속체의 적어도 일방의 위치 편차(position deviation)의 유무를 판정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 형태의 판정방법에 의하면, 레이저 용접의 도중에 있어서, 상기 제 1 통형상 금속체 및 상기 제 2 통형상 금속체의 적어도 일방의 위치 편차의 유무를 판정할 수 있다. 여기서 '위치 편차가 없다'라는 판정은 레이저 조사가 적절한 위치에 실행된 것을 의미한다. 따라서, 이 형태의 판정방법에 의하면, 용접의 위치 편차의 유무를 판정할 수 있다. 또, 레이저 조사가 적절한 위치에 실행되면, 용접이 양호하게 된다. 따라서, 이 형태의 판정방법에 의하면, 위치 편차의 유무를 판정함으로써, 결과적으로 용접의 양부(良否)를 판정할 수 있다.
(A2) 상기 형태의 판정방법에 있어서, 상기 레이저 용접 전에 있어서, 상기 제 1 통형상 금속체 및 상기 제 2 통형상 금속체의 적어도 일방의 윤곽의 위치를 측정하고, 상기 측정에 의해서 상기 제 1 통형상 금속체 및 상기 제 2 통형상 금속체의 적어도 일방의 위치 편차의 유무를 판정하는 공정을 더 포함하는 것으로 하여도 좋다.
이 형태의 판정방법에 의하면, 용접 전에 위치 편차를 판정할 수 있기 때문에, 용접 불량의 발생을 미연에 방지할 수 있다. 또, 용접 전에 위치 편차로 판정된 경우에는 위치를 보정하고서 용접할 수도 있다.
(A3) 상기 형태의 판정방법에 있어서, 상기 카메라를 이용하여 기준 물체의 화상을 촬영하고, 상기 화상을 이용하여 상기 카메라의 위치 편차의 유무를 판정하는 위치확인공정을 더 가지는 것으로 하여도 좋다.
이 형태의 판정방법에 의하면, 카메라 자신의 위치 편차의 유무를 판단함으로써, 보다 정확한 위치 편차를 판정할 수 있다.
(A4) 상기 형태의 판정방법에 있어서, 상기 레이저 용접의 도중에 있어서, 상기 축을 중심으로 하여 상기 제 1 통형상 금속체 및 상기 제 2 통형상 금속체를 회전시키면서 상기 측정을 하는 것으로 하여도 좋다.
이 형태의 판정방법에 의하면, 여러 각도에서 측정을 할 수 있다. 이 결과, 보다 정확하게 용접의 위치 편차를 판정할 수 있다.
(A5) 상기 형태의 판정방법에 있어서, 상기 레이저 용접의 도중에 있어서, 상기 위치 편차가 1회보다도 많은 소정 회수 미만 검출된 경우에 있어서도 상기 위치 편차가 있는 것으로 판정하지 않고, 상기 위치 편차가 상기 소정 회수 이상 검출된 경우에 상기 위치 편차가 있는 것으로 판정하는 것으로 하여도 좋다.
이 형태의 판정방법에 의하면, 소정 회수 이상의 위치 편차가 검출되지 않으면, 위치 편차라고 판정되지 않는다. 이 결과, 노이즈를 제거할 수 있어 보다 정확하게 용접의 위치 편차를 판정할 수 있다.
(A6) 상기 형태의 판정방법에 있어서, 상기 측정하는 공정에 있어서, 상기 제 1 통형상 금속체 및 상기 제 2 통형상 금속체의 적어도 일방의 윤곽 중, 레이저 광이 조사되는 측의 윤곽을 포함하지 않고, 상기 레이저 광이 조사되지 않는 측의 윤곽을 포함하는 윤곽의 위치를 측정하는 것으로 하여도 좋다.
이 형태의 판정방법에 의하면, 레이저 광의 측정에 대한 영향을 저감할 수 있다. 이 결과, 보다 정확하게 용접의 위치 편차를 판정할 수 있다.
(B) 본 발명의 다른 형태에 의하면, 축이 일치하도록 배치된 제 1 통형상 금속체와 제 2 통형상 금속체가 겹치는 중합부에 둘레방향을 따라서 레이저 광을 조사하는 조사부와, 상기 조사부를 제어하는 제어부를 구비하는 레이저 장치가 제공된다. 이 레이저 장치는, 상기 제 1 통형상 금속체 및 상기 제 2 통형상 금속체의 적어도 일방의 윤곽의 위치를 측정하는 측정부를 구비한다. 상기 측정부는 상기 중합부를 사이에 두고서 서로 반대측에 배치된 카메라와 조명을 가지고 있다. 상기 조사부와 상기 측정부는, 상기 조사부가 상기 레이저 광을 조사하는 방향과 상기 측정부가 측정하는 방향이 비(非)평행이 되도록 배치되어 있다. 상기 제어부는, 상기 조사부에 의한 조사시에 있어서, 상기 측정부에 의해서 상기 위치를 측정하게 하고, 상기 측정에 의해서 상기 제 1 통형상 금속체 및 상기 제 2 통형상 금속체의 적어도 일방의 위치 편차의 유무를 판정한다.
이 형태의 레이저 장치에 의하면, 용접시에 있어서, 상기 제 1 통형상 금속체 및 상기 제 2 통형상 금속체의 위치 편차의 유무를 판정할 수 있다. 여기서 '위치 편차가 없다'라는 판정은 레이저 조사가 적절한 위치에 실행된 것을 의미한다. 따라서, 이 형태의 레이저 장치에 의하면, 보다 정확하게 용접의 위치 편차를 판정할 수 있다.
(C) 본 발명의 다른 형태에 의하면, 센서를 구성하는 제 1 통형상 금속체와 제 2 통형상 금속체를 레이저 용접하는 공정을 포함하는 센서의 제조방법이 제공된다. 이 제조방법은, 카메라와 조명을 이용하여 기준 물체의 화상을 촬영하고, 상기 화상을 이용하여 상기 카메라의 위치 편차를 판정하는 위치확인공정과, 상기 레이저 용접의 도중에 있어서, 상기 제 1 통형상 금속체와 상기 제 2 통형상 금속체를 사이에 두고서 상기 카메라와 반대측에 배치된 조명을 이용하여 상기 제 1 통형상 금속체와 상기 제 2 통형상 금속체를 조명하면서 상기 카메라를 이용하여 상기 제 1 통형상 금속체 및 상기 제 2 통형상 금속체의 적어도 일방의 윤곽의 위치를 측정하는 공정과, 상기 측정에 의해서 상기 제 1 통형상 금속체 및 상기 제 2 통형상 금속체의 적어도 일방의 위치 편차의 유무를 판정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 형태의 센서의 제조방법에 의하면, 보다 정확하게 제 1 통형상 금속체와 제 2 통형상 금속체의 용접의 위치 편차를 판정할 수 있다. 또, 레이저 조사가 적절한 위치에 실행되면 용접이 양호하게 되기 때문에, 이 제조방법에 의하면, 결과적으로 용접의 양부를 판정할 수 있다.
(D) 본 발명의 다른 형태에 의하면, 축이 일치하도록 배치된 제 1 통형상 금속체와 제 2 통형상 금속체가 겹치는 중합부에 대한 둘레방향을 따르는 레이저 용접에 관한 판정을 하는 판정방법이 제공된다. 이 판정방법은, 상기 중합부를 사이에 두고서 카메라의 반대측에 배치된 조명을 이용하여 상기 중합부를 조명하면서 상기 카메라를 이용하여 상기 중합부를 촬영하고, 촬영한 화상을 이용하여 상기 제 1 통형상 금속체의 소정 개소의 윤곽과 상기 제 2 통형상 금속체의 소정 개소의 윤곽을 측정하는 공정과, 상기 측정에 의해서 상기 제 1 통형상 금속체와 상기 제 2 통형상 금속체의 위치 편차의 유무를 판정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 형태의 판정방법에 의하면, 상기 제 1 통형상 금속체 및 상기 제 2 통형상 금속체의 위치 편차의 유무를 판정할 수 있기 때문에, 용접에 의한 위치 편차의 유무를 판정할 수 있다. 또, 위치 편차의 유무를 판정함으로써, 결과적으로 용접의 양부를 판정할 수 있다.
또한, 본 발명은 여러 가지 형태로 실현하는 것이 가능하며, 예를 들면 이 판정방법의 결과로서 얻어진 성형체 등의 형태로 실현될 수 있다.
도 1은 판정 대상의 일례인 가스센서(10)의 단면 구성을 나타내는 설명도.
도 2는 가스센서(10)의 후단측에서 레이저 장치(600)을 나타내는 모식도.
도 3은 가스센서(10)의 측면측에서 레이저 장치(600)을 나타내는 모식도.
도 4는 위치 편차의 유무를 판정하는 판정방법을 나타내는 공정도.
도 5는 측정부(630)에 의해서 얻어진 화상의 예.
도 6은 금속 쉘(200) 및 프로텍터(300)의 축선(CA)과 고정구(610)의 회전축이 어긋난 모양을 나타내는 모식도.
A. 제 1 실시형태
A-1. 가스센서의 구성
도 1은 판정 대상의 일례인 가스센서(10)의 단면 구성을 나타내는 설명도이다. 도 1에는 가스센서(10)의 중심축인 축선(CA)을 따라서 절단한 가스센서(10)의 단면을 도시하였다. 본 실시형태의 설명에서는 가스센서(10)의 지면 하측을 "선단측"이라 하고, 가스센서(10)의 지면 상측을 "후단측"이라 한다.
가스센서(10)는 내연기관의 배기계에 장착되어 배기가스에 포함되는 산소(O2)를 검지하는 산소센서이다. 본 실시형태에 있어서, 가스센서(10)는 이산화지르코늄(ZrO2)을 이용한 지르코니아식 산소센서이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 가스센서(10)는 센서소자(100)와 발열체(150)와 금속 쉘(200)과 프로텍터(300)와 외통(410)과 제 1 출력단자(520)와 제 2 출력단자(530)와 제 1 리드선(570)과 제 2 리드선(580)과 제 3 리드선(590)을 구비한다.
가스센서(10)의 센서소자(100)는 산소 분압에 대응한 기전력을 출력하는 산소농담전지(酸素濃淡電池)를 구성한다. 센서소자(100)는 고체 전해질체(110)와 내측 전극(120)과 외측 전극(130)을 구비한다.
센서소자(100)의 고체 전해질체(110)는 산화물 이온 전도성(산소 이온 전도성)을 가지는 재료로 이루어지며, 축선(CA)을 따라서 연장되되 선단측이 폐색된 폐관 통형상으로 형성되어 있다. 본 실시형태에서는, 고체 전해질체(110)의 재료는 산화이트륨(Y2O3)을 첨가한 산화지르코늄(ZrO2), 즉 이트리아 부분 안정화 지르코니아이다. 다른 실시형태로서, 고체 전해질체(110)의 재료는 산화칼슘(CaO)이나, 산화마그네슘(MgO), 산화세륨(CeO2), 산화알루미늄(Al2O3) 등으로부터 선택되는 산화물을 첨가한 부분 안정화 지르코니아이어도 좋다.
센서소자(100)의 내측 전극(120)은 고체 전해질체(110)의 내측을 덮도록 형성되어 있다. 센서소자(100)의 외측 전극(130)은 고체 전해질체(110)의 외측을 덮도록 형성되어 있다. 본 실시형태에 있어서, 내측 전극(120) 및 외측 전극(130)의 재료는 백금(Pt)이다. 다른 실시형태로서, 내측 전극(120) 및 외측 전극(130)의 재료는 백금 합금이어도 좋고, 다른 귀금속이나 다른 귀금속 합금이어도 좋다. 본 실시형태에서는, 내측 전극(120) 및 외측 전극(130)은 무전해 도금에 의해서 형성되어 있다.
가스센서(10)의 발열체(150)는 센서소자(100)의 내측에 설치되며, 제 3 리드선(590)을 통한 전력에 의거하여 발열되며, 센서소자(100)를 가열한다. 본 실시형태에서는 가스센서(10)의 정밀도를 향상시키기 위해서, 제 3 리드선(590)에서 발열체(150)로 공급되는 전력을 조정함으로써, 센서소자(100)의 온도는 일정하게 유지된다.
가스센서(10)의 금속 쉘(200)은 원통 형상의 금속 부재이다. 금속 쉘(200)의 내측에는 센서소자(100)가 유지된다. 금속 쉘(200)의 외주에는 나사부(210)가 형성되어 있으며, 가스센서(10)는 나사부(210)를 통해서 배기관에 장착된다.
가스센서(10)의 프로텍터(300)는 폐관 원통 형상의 금속 부재이다. 프로텍터(300)는 금속 쉘(200)의 선단측에서 돌출된 센서소자(100)를 덮도록 금속 쉘(200)의 선단측에 고정 설치되며, 센서소자(100)를 보호한다. 프로텍터(300)에는 센서소자(100)로의 배기가스의 도입을 가능하게 하기 위해서 관통구멍(311, 312)이 형성되어 있다.
금속 쉘(200)과 프로텍터(300)는 회전축이 축선(CA)과 일치하도록 배치되어 있다. 금속 쉘(200)과 프로텍터(300)는 중합부(170)에서 서로 겹쳐져 있다. 중합부(170)에 대한 둘레방향을 따르는 레이저 용접에 의해서 용접부(180)가 형성됨으로써, 프로텍터(300)는 금속 쉘(200)에 고정 설치된다. 중합부(170)에 대한 레이저 용접에 있어서의 위치 편차의 유무의 판정방법에 대해서는 이후에 상세하게 설명한다.
가스센서(10)의 외통(410)은 원통 형상의 금속 부재이다. 외통(410)은 금속 쉘(200)의 후단측에서 돌출된 센서소자(100), 발열체(150), 제 1 출력단자(520) 및 제 2 출력단자(530)를 덮도록 금속 쉘(200)의 후단측에 고정 설치되며, 센서소자(100), 발열체(150), 제 1 출력단자(520) 및 제 2 출력단자(530)를 보호한다.
본 실시형태에서는, 센서소자(100)는 센서소자(100)의 내측으로 외기를 도입하는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 센서소자(100)의 내측으로 도입된 외기는 가스센서(10)가 배기가스로부터 산소를 검지하기 위한 기준이 되는 기준 가스로서 이용된다.
가스센서(10)의 제 1 출력단자(520)는 센서소자(100)에 형성된 내측 전극(120)과 제 1 리드선(570)의 사이를 전기적으로 접속하는 도체이다. 가스센서(10)의 제 2 출력단자(530)는 센서소자(100)에 형성된 외측 전극(130)과 제 2 리드선(580)의 사이를 전기적으로 접속하는 도체이다. 가스센서(10)의 제 1 리드선(570) 및 제 2 리드선(580)은 가스센서(10)로부터의 센서출력을 처리하는 처리회로(도시생략)와 전기적으로 접속된다.
가스센서(10)에서는, 내측 전극(120)은 기준 가스인 외기에 노출되는 기준 전극으로서 기능하고, 외측 전극(130)은 배기가스에 노출되는 검출 전극으로서 기능한다. 이것에 의해서 센서소자(100)에는 기준가스와 배기가스 간의 산소 농도차에 대응한 기전력이 발생한다. 이 센서소자(100)의 기전력은 제 1 리드선(570) 및 제 2 리드선(580)을 통해서 가스센서(10)의 외부로 센서출력으로서 출력된다.
A-2. 레이저 장치
도 2는 가스센서(10)의 후단측에서 레이저 장치(600)를 나타내는 모식도이다. 본 실시형태에 있어서, 레이저 장치(600)는 금속 쉘(200)과 프로텍터(300)의 용접부(180)를 형성할 때에 이용된다. 레이저 장치(600)는 고정구(610)와 조사부(620)와 측정부(630)와 확인판(640)과 조명(650)과 제어부(660)를 구비한다.
도 3은 가스센서(10)의 측면측에서 레이저 장치(600)를 나타내는 모식도이다. 고정구(610)는 금속 쉘(200)을 고정하는 장치이다. 고정구(610)는 금속 쉘(200)을 고정한 상태에서 금속 쉘(200)과 프로텍터(300)의 축을 중심으로 하여 회전시킬 수 있다.
조사부(620)는 레이저를 조사하는 장치이다(도 2 참조). 조사부(620)는 금속 쉘(200)과 프로텍터(300)가 겹치는 중합부(170)에 둘레방향을 따라서 레이저 광을 조사할 수 있다.
측정부(630)는 금속 쉘(200) 및 프로텍터(300)의 적어도 일방의 윤곽의 위치를 측정하는 장치이다. 본 실시형태에 있어서, 측정부(630)는 카메라를 이용하지만, 적외선 센서를 이용하여도 좋다. 측정부(630)에 의한 측정은 금속 쉘(200)의 소정 개소의 윤곽과 프로텍터(300)의 소정 개소의 윤곽에 관해서 실행하는 것이 바람직하다.
확인판(640)은 측정부(630)와 조명(650)의 사이에 설치되어 있으며, 금속판에 의해서 형성되어 있다. 확인판(640)은 측정부(630)가 올바른 위치에 형성되어 있는 것을 확인하기 위해서 이용되는 기준 물체이다.
조명(650)은 금속 쉘(200) 및 프로텍터(300)의 적어도 일방의 윤곽을 부상시키기 위해서 설치되어 있다. 조명(650)은 측정부(630)에서 보았을 때에 확인판(640)과 조명(650)이 겹치도록 설치되어 있다. 본 실시형태에 있어서, 조명(650)은 LED를 이용한다.
제어부(660)는 레이저 장치의 각부를 제어하는 제어 유닛이다. 제어부(660)는 이것들의 제어에 사용되는 CPU, RAM, ROM을 구비하고 있다.
본 실시형태에 있어서, 조사부(620)와 측정부(630)는 조사부(620)가 레이저 광을 조사하는 방향과 측정부(630)가 측정하는 방향이 비(非)평행이 되도록, 즉 이들 2개의 방향이 서로 교차하도록 배치되어 있다. 이와 같이 배치함으로써, 측정부(630)가 금속 쉘(200) 및 프로텍터(300)의 적어도 일방의 윤곽의 위치를 측정할 때에, 조사부(620)에 의해서 조사되는 레이저 광의 영향을 저감할 수 있다. 따라서, 위치 편차의 판정을 보다 정확하게 할 수 있다. 여기서 「위치 편차(position deviation)」란, 지그{고정구(610)}에 대한 금속 쉘(200) 및 프로텍터(300)의 적어도 일방의 위치 편차와 금속 쉘(200)과 프로텍터(300)의 상호의 위치 편차의 적어도 일방을 나타낸다.
본 실시형태에 있어서, 측정부(630)는 금속 쉘(200) 및 프로텍터(300)의 적어도 일방의 윤곽 중, 레이저 광이 조사되는 측의 윤곽을 포함하지 않고, 레이저 광이 조사되지 않는 측의 윤곽의 위치를 측정한다. 즉, 도 2에 나타낸 바와 같이, 금속 쉘(200) 및 프로텍터(300)를 조사부(620) 측(도 2의 '레이저 조사측')과 그 반대측(도 2의 '반대측')으로 2분할한 경우, 측정부(630)는 반대측에 위치한다. 그리고, 측정부(630)는 레이저 조사가 실행되는 측과는 반대측의 윤곽으로서, 금속 쉘(200) 및 프로텍터(300)의 적어도 일방의 윤곽의 위치를 측정한다. 이와 같이 함으로써, 조사부(620)에 의해서 조사되는 레이저 광의 영향을 저감할 수 있음과 아울러, 레이저 용접에 의해서 발생하는 스패터의 영향에 대해서도 저감할 수 있다. 따라서, 보다 정확하게 위치 편차의 유무를 판정할 수 있다. 이 결과, 보다 정확하게 용접의 위치 편차를 판정할 수 있다.
A-3. 판정방법
도 4는 위치 편차의 유무를 판정하는 판정방법을 나타내는 공정도이다. [과제의 해결 수단]에 있어서의 "제 1 통형상 금속체"와 "제 2 통형상 금속체"는 "금속 쉘(200)"과 "프로텍터(300)"에 상당한다.
스텝 S110에서, 제어부(660)는 고정구(610)를 제어하여, 프로텍터(300)가 압입된 금속 쉘(200)이 고정구(610)에 의해서 들어 올려지도록 고정된다.
그리고 스텝 S120에서, 제어부(660)는 측정부(630)에 의해서 확인판(640)의 위치를 측정하게 한다.
도 5는 측정부(630)에 의해서 얻어진 화상의 예를 나타낸다. 영역 T1은 기준 물체로서의 확인판(640)의 윤곽을 측정할 때에 이용하는 영역이고, 영역 T2는 프로텍터(300)의 윤곽을 측정할 때에 이용하는 영역이고, 영역 T3는 금속 쉘(200)의 윤곽을 측정할 때에 이용하는 영역이다. 이것 이후의 스텝에서, 측정부(630)는 금속 쉘(200)과 프로텍터(300)와 확인판(640)의 적어도 1개의 윤곽의 위치를 측정한다. 이와 같이 영역 T1, 영역 T2, 영역 T3는 모두 겹치는 일 없이 각각의 위치 편차를 판정할 수 있도록 배치되어 있다.
우선 스텝 S120에서(도 4 참조), 측정부(630)는 영역 T1에 있어서의 확인판(640)의 윤곽의 위치를 측정한다. 그 후 스텝 S125에서, 제어부(660)는 측정에 의해서 측정부(630)의 위치 편차의 유무를 판정한다. 구체적으로는, 확인판(640)의 윤곽의 위치가 미리 제어부(660)에 기억되어 있는 기준 위치에 대해서 소정의 허용 범위 내에 있는 경우, 다음 스텝으로 이행한다. 한편, 확인판(640)의 윤곽의 위치가 미리 제어부(660)에 기억되어 있는 기준 위치에 대해서 소정의 허용 범위를 넘었을 경우, 다음 스텝으로 이행하지 않고, 제어부(660)는 이상(異常)인 취지를 실시자에게 소리나 빛으로 알리고, 실시자의 확인이 끝난 취지의 신호를 수신할 때까지 대기한다. 이 공정에 의해서 측정부(630)의 위치가 정상적인 위치인지 아닌지를 확인할 수 있다. 또, 실시자는 이상(異常) 검지에 의해서 측정부(630)의 위치를 정상 위치로 보정할 수 있다. 또한, [과제의 해결 수단]에 있어서의 "위치확인공정"이 "스텝 S125"에 상당한다. 즉, 스텝 S125는 금속 쉘(200) 및 프로텍터(300)의 적어도 일방의 윤곽을 촬영하는 측정부(630)를 이용하여 측정부(630)의 위치 편차를 판정하는 공정이다. 이 공정에 의해서 측정부(630)의 수직방향의 위치 편차의 유무를 판정할 수 있다. 본 실시형태에서는 측정부(630)가 수직방향으로밖에 움직일 수 없는 구성으로 되어 있기 때문에, 영역 T1으로서는 수직방향의 기준 위치를 확인하는 것을 사용한다. 다만, 수직방향에 더해서 수평방향의 기준 위치를 확인하도록 하여도 좋다. 또한, 측정부(630)의 위치 편차의 유무의 판정에 이용하는 기준 물체로서는 확인판(640) 이외의 다른 여러 가지 물체를 이용하는 것이 가능하다. 예를 들면, 기준 물체로서 수직방향이나 수평방향의 기준 위치를 화상으로 확인하기 위한 기준 마크(예를 들면, 십자형 마크)를 가지는 물체를 이용하는 것이 가능하다. 이 경우에는 기준 물체의 윤곽을 이용하여 위치 편차의 유무를 판정하는 것이 아니라, 화상 내에서의 기준 마크의 위치에 따라서 측정부(630)의 위치 편차의 유무를 판정한다.
그리고 스텝 S130에서, 제어부(660)는 측정부(630)에 의해서 프로텍터(300)의 위치를 측정하게 한다. 구체적으로는, 측정부(630)는 영역 T2에 있어서의 프로텍터(300)의 윤곽의 위치를 측정한다. 윤곽의 위치는 수평방향에 있어서의 윤곽의 위치이다. 이 측정은 금속 쉘(200)과 프로텍터(300)를 회전시키지 않고 정지시킨 상태에서 하여도 좋고, 혹은 양자를 회전시키면서 하여도 좋다.
그 후 스텝 S135에서, 제어부(660)는 측정에 의해서 프로텍터(300)의 위치 편차의 유무를 판정한다. 프로텍터(300)의 윤곽의 위치가 미리 제어부(660)에 기억되어 있는 기준 위치에 대해서 소정의 허용 범위 내에 있는 경우, 다음 스텝으로 이행한다. 한편, 프로텍터(300)의 윤곽의 위치가 미리 제어부(660)에 기억되어 있는 기준 위치에 대해서 소정의 허용 범위를 넘었을 경우, 다음 스텝으로 이행하지 않고, 제어부(660)는 이상인 취지를 실시자에게 소리나 빛으로 알리고, 실시자의 확인이 끝난 취지의 신호를 수신할 때까지 대기한다. 이 공정에 의해서 프로텍터(300)의 수평방향의 위치 편차의 유무를 판정할 수 있다.
스텝 S140에서, 제어부(660)는 측정부(630)에 의해서 금속 쉘(200)의 위치를 측정하게 한다. 구체적으로는, 측정부(630)는 영역 T3에 있어서의 금속 쉘(200)의 윤곽의 위치를 측정한다. 윤곽의 위치는 수직방향에 있어서의 윤곽의 위치이다. 이 측정은 금속 쉘(200)과 프로텍터(300)를 회전시키지 않고 정지시킨 상태에서 하여도 좋고, 혹은 양자를 회전시키면서 하여도 좋다.
그 후 스텝 S145에서, 제어부(660)는 측정에 의해서 금속 쉘(200)의 위치 편차의 유무를 판정한다. 금속 쉘(200)의 윤곽의 위치가 미리 제어부(660)에 기억되어 있는 기준 위치에 대해서 소정의 허용 범위 내에 있는 경우, 다음 스텝으로 이행한다. 한편, 금속 쉘(200)의 윤곽의 위치가 미리 제어부(660)에 기억되어 있는 기준 위치에 대해서 소정의 허용 범위를 넘었을 경우, 다음 스텝으로 이행하지 않고, 제어부(660)는 이상인 취지를 실시자에게 소리나 빛으로 알리고, 실시자의 확인이 끝난 취지의 신호를 수신할 때까지 대기한다. 이 공정에 의해서 금속 쉘(200)의 수직방향의 위치 편차의 유무를 판정할 수 있다. 또, 미리 제어부(660)에 기억되어 있는 기준 위치에 대해서 소정의 허용 범위를 넘었을 경우, 다음 스텝으로 이행하지 않음으로써 불량품의 제조를 미연에 방지할 수 있다.
스텝 S150에서, 제어부(660)는 용접을 개시한다. 구체적으로는, 고정구(610)에 의해서 금속 쉘(200) 및 프로텍터(300)를 회전시킨 상태에 있어서, 조사부(620)에 의해서 중합부(170)에 대한 둘레방향을 따르는 레이저 용접을 개시한다.
스텝 S160에서, 제어부(660)는 조사부(620)에 의한 조사시에 있어서, 금속 쉘(200) 및 프로텍터(300)의 위치를 측정하고, 또 그 측정 결과를 이용하여 위치 편차의 유무를 판정한다. 구체적으로는, 측정부(630)는 영역 T2에 있어서의 프로텍터(300)의 윤곽의 위치 및 영역 T3에 있어서의 금속 쉘(200)의 윤곽의 위치를 측정하고, 위치 편차의 유무를 판정한다. 이 측정은 금속 쉘(200)과 프로텍터(300)를 회전시키면서 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 위치 편차의 유무의 판정은 금속 쉘(200)과 프로텍터(300)를 회전시키면서 하여도 좋고, 혹은 양자가 정지된 상태(예를 들면 용접 후)에서 하여도 좋다. 레이저 광의 반사광이나 플라스마 광 등의 광원을 측정 대상으로 하는 경우보다도 본 실시형태와 같이 측정 대상이 물체의 윤곽인 쪽이, 광원을 측정 대상으로 하는 경우에 비해서 본래의 측정 대상 이외의 물체에 의한 측정 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.
도 6은 금속 쉘(200) 및 프로텍터(300)의 축선(CA)과 고정구(610)의 회전축이 어긋난 모양을 나타내는 모식도이다. 금속 쉘(200) 및 프로텍터(300)의 축선(CA)과 고정구(610)의 회전축이 어긋난 경우, 레이저의 초점(P)에 대한 금속 쉘(200) 및 프로텍터(300)의 위치가 바뀌기 때문에, 레이저 용접 위치에 있어서의 용입(penetration) 상태가 균일하게 되지 않는다. 용접 중에 측정을 함으로써, 용접 전에 위치 편차가 검출되지 않은 경우에서도 용접 중에 위치 편차가 검출될 수 있다. 즉, 용접 전의 상태에 있어서, 측정부(630)에서는 측정이 어려운 방향{회전 전의 측정부(630)의 측정방향}에서 위치 편차가 있는 경우에도, 용접 중에 그 위치 편차를 검출할 수 있다.
본 실시형태에서는, 레이저 용접의 도중에 있어서, 축선(CA)을 중심으로 하여 금속 쉘(200) 및 프로텍터(300)를 1회전시키는 동안에, 위치의 측정을 3회 이상 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 여러 각도에서 위치를 측정할 수 있다. 따라서, 보다 정확하게 금속 쉘(200) 및 프로텍터(300)의 위치 편차의 유무를 판정할 수 있으며, 그 결과, 보다 정확하게 용접의 위치 편차를 판정할 수 있다. 예를 들면, 1회전시키는 동안에 같은 간격으로 3회 측정한 경우, 120˚ 간격으로 측정할 수 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서, 위치의 측정은 10회에서 15회 실행한다.
또, 본 실시형태에서는, 제어부(660)는 레이저 용접의 도중에 있어서, 1회보다도 많은 소정 회수 미만의 위치 편차가 검출된 경우에 있어서도 위치 편차가 있는 것으로 판정하지 않고, 소정 회수 이상의 위치 편차가 검출된 경우에 위치 편차가 있는 것으로 판정하는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써 노이즈를 제거할 수 있으며, 보다 정확하게 용접의 위치 편차의 유무를 판정할 수 있다. 본 실시형태에 있어서 소정 회수는 3회로 한다.
스텝 S170에서, 제어부(660)는 조사부(620)에 의한 용접을 종료한다. 그 후 스텝 S180에서, 제어부(660)는 위치 편차에 의한 용접 불량이 있는지 없는지를 판정한다. 구체적으로는 스텝 S160에서 금속 쉘(200) 또는 프로텍터(300)에 위치 편차가 없다고 판정된 경우에는 위치 편차에 의한 용접 불량이 없는 것으로 판정한다. 즉, 용접 중에 위치 편차가 없다고 판정된 경우에는 레이저 조사가 적절한 위치에 실행된 것으로 판정한다.
한편, 스텝 S160에서 금속 쉘(200) 또는 프로텍터(300)의 적어도 일방에 위치 편차가 있다고 판정된 경우, 레이저 조사는 적절한 위치에 조사되지 않았기 때문에 용접 불량이 있는 것으로 판정한다. 따라서, 용접된 금속 쉘(200) 및 프로텍터(300)는 불량품으로서 취급된다.
B. 다른 실시형태
본 발명은 상기한 실시형태나 실시예, 변형예에 한정되는 것이 아니며, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 구성으로 실현할 수 있다. 예를 들면 "발명의 내용"의 기재란에 기재한 각 형태 중의 기술적 특징에 대응하는 실시형태, 실시예, 변형예 중의 기술적 특징은 상기한 과제의 일부 또는 전부를 해결하기 위해서, 혹은 상기한 효과의 일부 또는 전부를 달성하기 위해서 적절하게 교환이나 편성하는 것이 가능하다. 또, 그 기술적 특징이 본 명세서 중에 필수적인 것으로서 설명되어 있지 않으면, 절절하게 삭제하는 것이 가능하다.
상기한 실시형태의 스텝 S135에서, 프로텍터(300)의 위치가 미리 제어부(660)에 기억되어 있는 기준 위치에 대해서 소정의 허용 범위 내에 있는 경우, 다음 스텝으로 이행한다고 하였으나, 그 위치 편차량을 이용하여 스텝 S135에서 영역 T2의 위치나 영역 T2에 있어서의 기준 위치를 보정하여도 좋다. 마찬가지로, 스텝 S145에서 금속 쉘(200)의 위치가 기준 위치에 대해서 소정의 허용 범위 내에 있는 경우에, 영역 T3의 위치나 영역 T3에 있어서의 기준 위치를 보정하여도 좋다. 즉, 용접 전에 있어서의 위치 편차가 허용 범위 내인 경우, 그 위치 편차량에 근거하여 영역 T2, T3의 위치나 이것들의 기준 위치를 보정하고, 스텝 S160에서 보정 후의 영역 T2, T3를 이용하여 프로텍터(300)와 금속 쉘(200)의 윤곽의 위치를 측정하여도 좋다. 이와 같이 함으로써 위치 편차를 유연하게 판정할 수 있다. 특히, 본 실시형태에 있어서 금속 쉘(200)의 수직방향의 위치를 측정할 수 있는 영역은 나사부(210)보다 선단측에 있는 수평한 면이고, 이 면은 좁다. 따라서, 상기한 바와 같은 보정을 하면, 위치 편차를 보다 유연하게 판정할 수 있다.
상기한 실시형태에 있어서, 수평방향의 위치 편차를 판정(스텝 S135)한 후, 수직방향의 위치 편차를 판정(스텝 S145)한다. 그러나 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 수직방향의 위치 편차를 판정한 후, 수평방향의 위치 편차를 판정하여도 좋고, 수평방향 및 수직방향의 어느 일방만의 위치 편차를 판정히여도 좋다. 또, 상기한 실시형태에서는 프로텍터(300)에 관해서 수평방향의 위치 편차만을 판정하였으나, 프로텍터(300)에 관해서 수직방향의 위치 편차만을 판정하도록 하여도 좋고, 혹은 수평방향과 수직방향의 위치 편차 양쪽 모두를 판정하도록 하여도 좋다. 또, 상기한 실시형태에서는 금속 쉘(200)에 관해서 수직방향의 위치 편차만을 판정하였으나, 금속 쉘(200)에 관해서 수평방향의 위치 편차만을 판정하도록 하여도 좋고, 혹은 수평방향과 수직방향의 위치 편차 양쪽 모두를 판정하도록 하여도 좋다.
상기한 실시형태에서는 제 1 통형상 금속체로서의 금속 쉘(200)과 제 2 통형상 금속체로서의 프로텍터(300)를 용접할 때의 판정에 대해서 설명하였으나, 제 1 통형상 금속체와 제 2 통형상 금속체로서는 이것 이외의 여러 가지 것을 채용하는 것이 가능하다. 또, 본 발명은 가스센서 이외의 다른 종류의 센서를 구성하는 통형상 금속체끼리의 용접에도 적용 가능하다. 즉, 본 발명은 센서의 제조공정에 있어서, 축이 일치하도록 제 1 통형상 금속체와 제 2 통형상 금속체가 설치되어 양자의 중합부가 형성되고, 이 중합부에 레이저 용접을 하는 경우에 넓게 적용 가능하다.
10 … 가스센서 100 … 센서소자
110 … 고체 전해질체 120 … 내측 전극
130 … 외측 전극 150 … 발열체
170 … 중합부(重合部) 180 … 용접부
200 … 금속 쉘 210 … 나사부
300 … 프로텍터 410 … 외통
520 … 제 1 출력단자 530 … 제 2 출력단자
570 … 제 1 리드선 580 … 제 2 리드선
590 … 제 3 리드선 600 … 레이저 장치
610 … 고정구 620 … 조사부
630 … 측정부 640 … 확인판(기준 물체)
650 … 조명 660 … 제어부
P … 초점 T1 … 영역
T2 … 영역 T3 … 영역
CA … 축선

Claims (17)

  1. 축이 일치하도록 배치된 제 1 통형상 금속체와 제 2 통형상 금속체가 겹치는 중합부에 대한 둘레방향을 따르는 레이저 용접에 관한 판정을 하는 판정방법으로서,
    상기 레이저 용접의 도중에 있어서, 상기 중합부를 사이에 두고서 카메라의 반대측에 배치된 조명을 이용하여 상기 중합부를 조명하면서 상기 카메라를 이용하여 상기 중합부를 촬영하고, 촬영한 화상을 이용하여 상기 제 1 통형상 금속체 및 상기 제 2 통형상 금속체의 적어도 일방의 윤곽의 위치를 측정하는 공정과,
    상기 측정에 의해서 상기 제 1 통형상 금속체 및 상기 제 2 통형상 금속체의 적어도 일방의 위치 편차의 유무를 판정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 판정방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저 용접 전에 있어서, 상기 제 1 통형상 금속체 및 상기 제 2 통형상 금속체의 적어도 일방의 윤곽의 위치를 측정하고, 상기 측정에 의해서 상기 제 1 통형상 금속체 및 상기 제 2 통형상 금속체의 적어도 일방의 위치 편차의 유무를 판정하는 공정을 더 포함하는 판정방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 카메라를 이용하여 기준 물체의 화상을 촬영하고, 상기 화상을 이용하여 상기 카메라의 위치 편차의 유무를 판정하는 위치확인공정을 더 가지는 판정방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 용접의 도중에 있어서, 상기 축을 중심으로 하여 상기 제 1 통형상 금속체 및 상기 제 2 통형상 금속체를 회전시키면서 상기 측정을 하는 판정방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 레이저 용접의 도중에 있어서, 상기 위치 편차가 1회보다도 많은 소정 회수 미만 검출된 경우에 있어서도 상기 위치 편차가 있는 것으로 판정하지 않고, 상기 위치 편차가 상기 소정 회수 이상 검출된 경우에 상기 위치 편차가 있는 것으로 판정하는 판정방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 측정하는 공정에 있어서, 상기 제 1 통형상 금속체 및 상기 제 2 통형상 금속체의 적어도 일방의 윤곽 중, 레이저 광이 조사되는 측의 윤곽을 포함하지 않고, 상기 레이저 광이 조사되지 않는 측의 윤곽을 포함하는 윤곽의 위치를 측정하는 판정방법.
  7. 축이 일치하도록 배치된 제 1 통형상 금속체와 제 2 통형상 금속체가 겹치는 중합부에 둘레방향을 따라서 레이저 광을 조사하는 조사부와, 상기 조사부를 제어하는 제어부를 구비하는 레이저 장치로서,
    상기 제 1 통형상 금속체 및 상기 제 2 통형상 금속체의 적어도 일방의 윤곽의 위치를 측정하는 측정부를 구비하고,
    상기 측정부는 상기 중합부를 사이에 두고서 서로 반대측에 배치된 카메라와 조명을 가지고 있고,
    상기 조사부와 상기 측정부는, 상기 조사부가 상기 레이저 광을 조사하는 방향과 상기 측정부가 측정하는 방향이 비(非)평행이 되도록 배치되어 있고,
    상기 제어부는, 상기 조사부에 의한 조사시에 있어서 상기 측정부에 의해서 상기 위치를 측정하게 하고, 상기 측정에 의해서 상기 제 1 통형상 금속체 및 상기 제 2 통형상 금속체의 적어도 일방의 위치 편차의 유무를 판정하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 카메라에 의해서 기준 물체의 화상을 촬영하게 하고, 상기 화상을 이용하여 상기 카메라의 위치 편차의 유무를 판정하는 레이저 장치.
  9. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
    상기 제어부는, 레이저 용접의 도중에 있어서, 상기 축을 중심으로 하여 상기 제 1 통형상 금속체 및 상기 제 2 통형상 금속체를 회전시키면서 상기 측정부에 의해서 측정하게 하는 레이저 장치.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제 1 통형상 금속체 및 상기 제 2 통형상 금속체의 적어도 일방의 윤곽 중, 상기 레이저 광이 조사되는 측의 윤곽을 포함하지 않고, 상기 레이저 광이 조사되지 않는 측의 윤곽을 포함하는 윤곽의 위치를, 상기 측정부에 의해서 측정하게 하는 레이저 장치.
  11. 센서를 구성하는 제 1 통형상 금속체와 제 2 통형상 금속체를 레이저 용접하는 공정을 포함하는 센서의 제조방법으로서,
    카메라와 조명을 이용하여 기준 물체의 화상을 촬영하고, 상기 화상을 이용하여 상기 카메라의 위치 편차를 판정하는 위치확인공정과,
    상기 레이저 용접의 도중에 있어서, 상기 제 1 통형상 금속체와 상기 제 2 통형상 금속체를 사이에 두고서 상기 카메라와 반대측에 배치된 조명을 이용하여 상기 제 1 통형상 금속체와 상기 제 2 통형상 금속체를 조명하면서 상기 카메라를 이용하여 상기 제 1 통형상 금속체 및 상기 제 2 통형상 금속체의 적어도 일방의 윤곽의 위치를 측정하는 공정과,
    상기 측정에 의해서 상기 제 1 통형상 금속체 및 상기 제 2 통형상 금속체의 적어도 일방의 위치 편차의 유무를 판정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서의 제조방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 레이저 용접의 도중에 있어서, 축을 중심으로 하여 상기 제 1 통형상 금속체 및 상기 제 2 통형상 금속체를 회전시키면서 상기 측정을 하는 센서의 제조방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 측정하는 공정에 있어서, 상기 제 1 통형상 금속체 및 상기 제 2 통형상 금속체의 적어도 일방의 윤곽 중, 레이저 광이 조사되는 측의 윤곽을 포함하지 않고, 상기 레이저 광이 조사되지 않는 측의 윤곽을 포함하는 윤곽의 위치를 측정하는 센서의 제조방법.
  14. 축이 일치하도록 배치된 제 1 통형상 금속체와 제 2 통형상 금속체가 겹치는 중합부에 대한 둘레방향을 따르는 레이저 용접에 관한 판정을 하는 판정방법으로서,
    상기 중합부를 사이에 두고서 카메라의 반대측에 배치된 조명을 이용하여 상기 중합부를 조명하면서 상기 카메라를 이용하여 상기 중합부를 촬영하고, 촬영한 화상을 이용하여 상기 제 1 통형상 금속체의 소정 개소의 윤곽과 상기 제 2 통형상 금속체의 소정 개소의 윤곽을 측정하는 공정과,
    상기 측정에 의해서 상기 제 1 통형상 금속체와 상기 제 2 통형상 금속체의 위치 편차의 유무를 판정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 판정방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 카메라를 이용하여 기준 물체의 화상을 촬영하고, 상기 화상을 이용하여 상기 카메라의 위치 편차의 유무를 판정하는 위치확인공정을 더 가지는 판정방법.
  16. 청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
    상기 축을 중심으로 하여 상기 제 1 통형상 금속체 및 상기 제 2 통형상 금속체를 회전시키면서 상기 측정을 하는 판정방법.
  17. 청구항 14에 있어서,
    상기 측정하는 공정에 있어서, 상기 제 1 통형상 금속체 및 상기 제 2 통형상 금속체의 적어도 일방의 윤곽 중, 레이저 광이 조사되는 측의 윤곽을 포함하지 않고, 상기 레이저 광이 조사되지 않는 측의 윤곽을 포함하는 윤곽의 위치를 측정하는 판정방법.
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