溶接センサ
【課題】パージエアを整流して最低限のパージエア流量で効果的に飛散物が防護体に付着することを防止しながら、シールドガスへの影響を低減させる。
【解決手段】溶接ワークＷに検出光Ｌを照射可能な投光器２と検出光Ｌが照射された溶接ワークＷを撮像するカメラ３とを内蔵したセンサハウジング４を有し、該センサハウジング４を閉鎖すべく溶接ワークＷ側に取り付けた蓋体５には投光器２用の投光窓６とカメラ３用の撮像窓７とが設けられ、蓋体５の投光窓６及び撮像窓７のハウジング内方側に投光器２及びカメラ３を覆う透光性の防護体８が配備され、防護体８と蓋体５との間に、投光窓６及び撮像窓７のそれぞれの内周縁部から中央に向かうパージエアＰを噴出させる第１エア噴出機構９を有している。
【解決手段】溶接ワークＷに検出光Ｌを照射可能な投光器２と検出光Ｌが照射された溶接ワークＷを撮像するカメラ３とを内蔵したセンサハウジング４を有し、該センサハウジング４を閉鎖すべく溶接ワークＷ側に取り付けた蓋体５には投光器２用の投光窓６とカメラ３用の撮像窓７とが設けられ、蓋体５の投光窓６及び撮像窓７のハウジング内方側に投光器２及びカメラ３を覆う透光性の防護体８が配備され、防護体８と蓋体５との間に、投光窓６及び撮像窓７のそれぞれの内周縁部から中央に向かうパージエアＰを噴出させる第１エア噴出機構９を有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク溶接形状計測用センサ、特にＭＡＧ溶接等のシールドガスの出る溶接トーチの近傍のヒュームやスパッタなどの飛散物が存在する悪環境・悪雰囲気中で使用される溶接センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、産業用ロボットに溶接トーチを取り付け、この溶接トーチから不活性ガスに等よるシールドガスを出しながら自動溶接が行なわれている。
上述したシールドガスで形成されるシールドガス膜は、大気中の窒素・酸素等の影響から溶接ワイヤ先端のアークを守り安定させるものであって、シールドガス膜が破られては安定してアークを行うことができない。仮に、シールドガス膜が破られた場合、空気中の窒素・酸素等を巻き込みブローホール・溶け込み不足等の溶接欠陥が発生する。
【０００３】
ところで、このようなシールドガス膜を形成しながら溶接トーチで自動溶接を行なう際には、溶接ワークの位置の検出、あるいは溶接状態の監視を行なう溶接センサを、溶接トーチと一緒に産業用ロボットに取り付ける。
上述の溶接センサは、多くの場合には、溶接トーチ（つまり、シールドガス膜）の近傍に配置されるが、溶接センサには、近年、投光器から出射したスリット光を溶接ワーク上に照射し、その反射光をカメラで受光し、溶接部位の形状データを得る視覚型の溶接センサが用いられる傾向にある。
【０００４】
このような視覚型溶接センサは、センサ容器内部に上述した投光器やカメラ、レンズ等の光学要素等を格納しているが、溶接トーチの近傍に配置されているので、ヒュームやスパッタなどの存在する雰囲気に曝される。そこで、溶接センサは、溶接時に発生するスパッタやヒュームから保護する透明樹脂材等からなる防護体によって被覆する構造を有している。
【０００５】
しかし、この防護体を設けていても、防護体自体の表面にヒュームやスパッタが附着、堆積するため、防護体の表面が汚れていき、結局は、投光器から出射されるスリット光やカメラで受光する反射光を遮るため、正確な溶接部位の形状データを得ることができなくなる問題がある。
この問題を解消するために、溶接センサの防護体に沿って略平行に流れる複数層の空気流を発生させ、複数層の空気流の防護体に最も近い方の層の流速を、他層の流速に比べて低速に設定することで、スパッタ等の引き込みを抑えて防護体の汚れを低減させる技術（特許文献１）、溶接センサ１０１の防護体１０２の前面に設けた逆Ｖ溝１０３と、この逆Ｖ溝１０３内に噴出した冷却ガスＲ１を外方へ排出することとで、防護体１０２にスパッタ等が滞留することを防ぐ技術（特許文献２）、上向き姿勢の溶接時に、ノズル手段から噴出された空気流で防護体の前方に形成されたエアカーテンによって、スパッタの蓄積を防ぐ技術（特許文献３）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３２００９４号公報
【特許文献２】特開２００４−１９５５０２号公報
【特許文献３】特開平６−９１５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された技術では、防護体の前面に空気を単純に出しているだけであり、空気の流れを厳密に整流しておらず噴出しの方向を考慮してない。そのためにシールドガスへの影響を防ぐためには、パージエアの流量を減らさなければならず十分な防護効果を得ることができない。また流れのムラによる外側検出窓の汚れが発生する可能性がある。
【０００８】
また、特許文献２に記載の技術では、図６に示したように、逆Ｖ溝１０３内に噴出された冷却ガス（空気）Ｒ１の流れが防護体１０２の前面のみであり、防護体１０２のスパッタ・ヒュームに対する防護効果が不十分である。それを防ぐために単純に流出エアの流量を増やした場合には、図６中の矢印Ｒ２で示すように、外方へ排出された空気がシールドガスＳ付近に流れ込み、シールドガスＳへ悪影響を与えるため、ブローホール等の溶接欠陥が発生してしまう。
【０００９】
さらに、特許文献３においては、下向きのときは考慮されておらず、単に、上向きのときに降り積もることだけを問題にしている。また、特許文献３に開示された構成は、飛来するスパッタ等の量・速度共に防護体への付着が問題無い電流値での溶接を想定しているものと思われ、大電流・重スパッタ時の防護は考慮されていない。また、パージエアについても、一方向のみでシールドガスの乱れによる溶接施工不良については考慮されておらず、防護体のスパッタ・ヒュームに対する防護効果が不十分である。なお、それを防ぐために単純に流出エアの流量を増やした場合であっても、空気の整流ができないために、シールドガスへの悪影響は避けることができない。
【００１０】
上述した問題に鑑み、本発明は、溶接時のシールドガスを乱すこと無く防護体の汚れを防止する溶接センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を達成するために、本発明は、以下の技術的手段を採用した。
本発明に係る溶接センサは、溶接ワークに検出光を照射可能な投光器と前記検出光が照射された溶接ワークを撮像するカメラとを内蔵したセンサハウジングを有し、該センサハウジングを閉鎖すべく溶接ワーク側に取り付けた蓋体には前記投光器用の投光窓とカメラ用の撮像窓とが設けられ、前記蓋体の投光窓及び撮像窓のハウジング内方側に前記投光器及びカメラを覆う透光性の防護体が配備されていて、前記防護体と蓋体との間に、前記投光窓及び撮像窓のそれぞれの内周縁部から中央に向かうパージエアを噴出させる第１エア噴出機構を有していることを特徴とする。
【００１２】
これによって、第１エア噴出機構から噴出されるパージエア（第１パージエア）を、投光窓及び撮像窓のそれぞれの内周縁部から中央に向かうように、流出方向を整流させることにより、最低限のパージエア流量で効果的にスパッタ・ヒュームが検出面に付着することを防止しつつ、シールドガスへの悪影響は避けることができる。
好ましくは、前記第１エア噴出機構は、前記防護体と蓋体との間に防護体表面に沿うように整流されたパージエアを噴出可能なエア隙間を備えていてもよい。
【００１３】
これによって、必要最低限のパージエアを防護体表面に沿うように整流することができ、スパッタ等の飛来の防止と、シールドガスへの影響の低減とを同時に実現できる。
また、前記エア隙間の幅を投光窓及び撮像窓のそれぞれの内周縁部に沿って均一にしてもよく、これによって、パージエアの流速を上げ、効果的に防護体表面への汚れ付着を防止する。
【００１４】
さらには、前記センサハウジングの蓋体に、前記溶接ワーク側から飛散物が投光窓及び撮像窓へ到達することを防ぐ遮蔽板を設けることも好適である。
これによって、整流させたパージエアを効果的に用いながら、同時に遮蔽用板を効果的に併用することにより、大電流によるスパッタ・ヒュームの汚れを効果的に防御することが可能となる。
【００１５】
より好ましくは、前記センサハウジングに、前記溶接ワーク側からの飛散物の飛散方向と交差するように整流されたパージエアを噴出する第２エア噴出機構を有していることを特徴とする。
このような構成によって、第２エア噴出機構から噴出されたパージエア（第２パージエア）は、シールドガスがやぶれず溶接品質に悪影響が出ないようまっすぐ整流させており、必要最低限のパージエア流量にて、効果的に重いスパッタを除去する。
【００１６】
さらには、第二のパージエアを突破してきたスパッタ・ヒュームについても整流した第２のパージエアで防護体への衝突・汚れ付着を防止する。
なお、前記第２エア噴出機構から噴出されるパージエアの流速を、前記第１エア噴出機構から噴出されるパージエアの流速より速く設定していてもよく、第２パージエアに引き込まれたヒュームやスパッタが第１パージエアに引き込まれることを防ぐため、第１パージエアを越えて、防護体に付着することがないので、溶接センサの防護体の汚れを効果的に防止できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、第１エア噴出機構から噴出されるパージエアを整流して、最低限のパージエア流量で効果的にスパッタ・ヒュームが防護体に付着することを防止しながら、シールドガスへの影響を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の溶接センサを備えた作業マニピュレータである。
【図２】第１実施形態に係る溶接センサの側面断面図である。
【図３】溶接センサの構成を示す斜視図である。
【図４】第２実施形態に係る溶接センサの側面断面図である。
【図５】（ａ）は溶接センサのパージエアの流れを示す要部拡大図、（ｂ）は溶接センサの底面図である。
【図６】従来の溶接センサの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を、図１〜図５に基づき説明する。
なお、以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
［作業マニピュレータ２１のシステム構成］
図１には、本発明に係る溶接センサ１を備えた作業マニピュレータ２１（溶接マニピュレータ）が示されている。
【００２０】
この溶接マニピュレータ２１は、溶接ワークＷを溶接する溶接トーチ２２を先端部に備えた垂直６軸多関節ロボットであって、２つの溶接ワークＷ間の溶接線（溶接進行方向）に沿ってアーク溶接を行う。さらに、溶接マニピュレータ２１は、溶接ワークＷの開先の形状を計測する溶接センサ１を有し、溶接センサ１で溶接ワークＷの開先の形状を計測し、計測された開先の形状データに基づいて、溶接ワークＷ同士をアーク溶接をする。
【００２１】
ここで、溶接ワークＷ同士を溶接するための溶接センサ１及び溶接マニピュレータ２１用のシステム構成について述べる。
この溶接システムは、溶接マニピュレータ２１に取り付けられた溶接センサ１から取得された画像データを、通信線を通じて、制御用コンピュータ（図示省略）へ送る。送られた画像データをもとに、このコンピュータで、溶接線検出、補正量の算出を行い、コントローラ（図示省略）に検出結果及び算出結果を送付する。
【００２２】
このコントローラから送られた補正量を元に、溶接マニピュレータ２１は、教示されたデータからの補正を行うことで、溶接ワークＷの開先に合わせた正確な溶接を行う。
なお、溶接マニピュレータ２１は垂直６軸多関節ロボットに限定されない。
溶接トーチ２２は、溶接マニピュレータ２１の手先２１ａに取り付けられていて、溶接センサ１によって計測された溶接ワークＷの開先形状の特徴量（例えば、ルートギャップや開先幅やビード幅等）に応じて、溶接トーチ２２ のウィービング幅や移動速度及び溶接ワイヤの送り量が制御されている。
【００２３】
この溶接トーチ２２によるアーク溶接時には、図２、４に示す如く、溶接トーチ２２によるアーク点Ｘ（先端）からスパッタやフューム等の飛散物Ｈが飛散する。
したがって、溶接トーチ２２の近傍に配置された溶接センサ１には、ヒュームやスパッタなどの存在する雰囲気に曝されることとなるため、溶接センサ１には、アーク溶接時の飛散物Ｈから保護する防護体８が設けられており、以下にその溶接センサ１の詳細を述べる。
［溶接センサ１の構成（第１実施形態）］
溶接センサ１は、溶接マニピュレータ２１の手先２１ａで且つ溶接トーチ２２の傍に取り付けられている（図１参照）。
【００２４】
図２は、第１実施形態の溶接センサ１を示しており、この溶接センサ１は、後述する投光器２及びカメラ３を内蔵するセンサハウジング４と、このセンサハウジング４を閉鎖すべく溶接ワークＷ側に取り付けた蓋体５と、この蓋体５のハウジング内方側に配備され且つ投光器２及びカメラ３を覆う防護体８と、この防護体８と投光器２及びカメラ３との間に配備された窓体２３とを有している。
【００２５】
前記投光器２は、検出光Ｌ（スリット光）を発光するレーザ半導体素子を備えており、この素子から発光されるスリット光Ｌを所定の角度で出射する。発光されたスリット光Ｌは、蓋体５の後述する投光窓６及び窓部材２３ａを通って、センサハウジング４外方へ出射し、溶接ワークＷの開先部分に照射される。
なお、投光器２からのスリット光Ｌは、センサハウジング４内に配備された鏡（図示省略）によって、所定角度で出射させてもよい。
【００２６】
前記カメラ３は、ＣＣＤカメラ等であって、スリット光Ｌが照射された溶接ワークＷの開先部分を撮像する。つまり、溶接ワークＷから反射した検出光Ｌ（開先部分を光切断したスリット光）は、蓋体５の後述する撮像窓７及び窓部材２３ａを通って、センサハウジング４内へ入ってカメラ３に入射することとなる。カメラ３に入射した光Ｌは画像データとして取り込まれ、取り込まれたデータは、制御用コンピュータに送られる。
【００２７】
投光器２の照射軸とカメラ３の光軸とは所定角度がつけられており、光切断法により、画像データ内における光切断光Ｌの移動距離を検出することで、溶接ワークＷの開先形状を計測する。
前記センサハウジング４は、投光器２とカメラ３とを内蔵する略直方体状の筐体であって、投光器２及びカメラ３の前面側（溶接ワークＷ側）が開口している（開口部４ａ）。
【００２８】
図３に示すように、この開口部４ａからセンサハウジング４内へ、投光器２及びカメラ３の直前に配置され且つ窓部材２３ａを（本実施形態では２つ）備えた窓体２３と、この窓体２３の前面側に配備される着脱自在な防護体８とが嵌め込まれる。
さらに、この防護体８を覆い且つセンサハウジング４の開口部４ａを閉鎖するように、蓋体５が着脱自在にセンサハウジング４の前面側（溶接ワークＷ側）に嵌め込まれる。
【００２９】
センサハウジング４内面には、窓体２３が投光器２及びカメラ３の直前で留まるために窓体２３を係止させる窓段差２４と、防護体８が窓体２３から所定距離はなれた位置に配備されるために防護体８を係止する防護段差２５とが設けられている。したがって、窓体２３と防護体８との間には、後述する第１エア噴出機構９へ送るエアが通る内部エア空間４ｂが形成されている。また、センサハウジング４は、図示しないエア供給部から内部エア空間４ｂに送り込まれるエアが通るエア供給孔４ｃが設けられている。（図２、４、５参照）
前記窓体２３は、例えば、スリット光Ｌのみを透過させる光学フィルタ等からなる窓部材２３ａを、板状の枠部材２３ｂに嵌め込んで形成されている。窓部材２３ａは、投光器２から出射されるスリット光Ｌや、溶接ワークＷからカメラ３に入射する反射光が通り抜けるのに支障がない位置に嵌め込まれている。
［蓋体５、防護体８の説明］
図２に示す如く、前記蓋体５は、センサハウジング４の溶接ワークＷ側の外縁に着脱自在に嵌り込んで、開口部４ａを閉鎖する。また、蓋体５をセンサハウジング４から外すことで、その内部の防護体８（及び窓体２３）を着脱することが可能となる。
【００３０】
つまり、防護体８に飛散物Ｈが堆積して、スリット光Ｌや反射光の通り抜けができなくなる前に、防護体８を取り替えることができる。
蓋体５には、スリット光Ｌが出射する略円形状の投光窓６が、投光器２の照射軸上に形成されている。また、溶接ワークＷからの反射光がカメラ３に入射する略円形状の撮像窓７が、カメラ３の光軸上に形成されており、各光の入射及び出射には支障がない。
【００３１】
これら投光窓６及び撮像窓７に、溶接ワークＷのアーク点Ｘからの飛散物Ｈが到達することを防ぐ遮蔽板１１が蓋体５に２つ設けられている。
蓋体５の裏面（ハウジング内方側の面）には、後述する保護窓８ａ及びエア孔８ｂに対応する範囲に略円形のエア凹部２７が２つ設けられている（図２、図５参照）。このエア凹部２７は、深さ一様の凹みであって、本実施形態では、約０．１〜０．５ｍｍである。
【００３２】
なお、エア凹部２７底面の中央には、投光窓６及び撮像窓７が開口していることとなる。また、エア凹部２７の直径は、後述の保護窓８ａよりも大きく、且つ後述する略円形状に設けられたエア孔８ｂの配置範囲よりも広く形成されている。
前記防護体８は、蓋体５と窓体２３との間に配備された板状体であって、透光性を有したプラスチック素材の略円形の保護窓８ａを２つ備えている。
【００３３】
この保護窓８ａは、投光器２の照射軸上及びカメラ３の光軸上にそれぞれ設けられ、上述した投光窓６及び撮像窓７と、窓体２３の窓部材２３ａと略同軸状に配置されている。
つまり、スリット光Ｌや反射光の通り道が確保されると同時に、この通り道上に飛散物Ｈが進入してきたとしても、この保護窓８ａに付着、堆積するため、通り抜けてさらに内部にある窓体２３や投光器２及びカメラ３までには決して到達しない。
【００３４】
なお、投光窓６及び撮像窓７の直径は、それぞれ保護窓８ａの直径よりも小さく形成されている（図５（ｂ）参照）。
［第１エア噴出機構９の説明］
図２、３に示すように、保護窓８ａの周りの防護体８には、周方向等間隔で内部エア空間４ｂと連通したエア孔８ｂが略円形状に複数設けられている。
【００３５】
このエア孔８ｂは、保護窓８ａと比して小径であり、蓋体５をセンサハウジング４に嵌め込んだ時に、投光窓６及び撮像窓７の外周部によって覆われる位置にあるため、外部に直接は露出していない。
これは、蓋体５裏面におけるエア孔８ｂの対応位置には、蓋体５のエア凹部２７がエア孔８ｂを覆うように存在しているためであるが、防護体８前面と蓋体５のエア凹部２７の底面との間には、所定の間隔を有するエア隙間１０が形成される。
【００３６】
したがって、エア隙間１０を介して、内部エア空間４ｂから投光窓６及び撮像窓７内周側へエアが通り抜ける（つまり、パージエアＰを噴出する）ことが可能となる。また、エア隙間１０の幅（照射軸及び光軸方向の幅）を変えることで、噴出するパージエアＰの流速を調整できる（例えば、エア隙間１０の幅を薄くすると、パージエアＰの流速は速くなる）。また、エア隙間１０は、投光窓６及び撮像窓７の内周面の奥側縁部に沿って、隙間幅が均一になるように形成されており、保護窓８ａ表面に万遍なく一様にパージエアＰを噴出することができる。
【００３７】
なお、エア孔８ｂ、エア隙間１０（エア凹部２７）、投光窓６及び撮像窓７によって、第１エア噴出機構９が構成されている。
［パージエアＰの流れ］
ここで図５にて、パージエアＰの流れを説明する。
図５（ａ）中のＰ１に示すように、エア供給孔４ｃからセンサハウジング４の内部エア空間４ｂへエアが送り込まれる。内部エア空間４ｂ内にエアが押し込まれると、防護体８のエア孔８ｂにエアが流れ込む（図５（ａ）中Ｐ２参照）。また、エア隙間１０内を進むエアは、保護窓８ａの表面に沿うように整流されて、パージエアＰとなる（図５（ａ）中Ｐ３参照）。
【００３８】
さらに、各窓６、７の内周縁部から噴出したパージエアＰ３は、中央でぶつかりあうこととなり、図５（ａ）及び（ｂ）に示す如く、各窓６、７の中央付近からセンサハウジング４の外方へ向かって吹き上げるパージエアＰ４の流れとなる。
これらのパージエアＰ３及びＰ４によって、防護体８の保護窓８ａの前面側（防護体８表面）には、投光窓６及び撮像窓７のそれぞれの内周縁部から中央に向かって、一様なエア膜が形成される。このように形成されたエア膜によって、飛散物Ｈが保護窓８ａに到達することを妨げることとなり、保護窓８ａにおける飛散物Ｈの堆積量や堆積速度を低減させる。
【００３９】
なお、パージエアＰ４が各窓６、７の中央付近から吹き上がることによって、パージエアＰは、保護窓８ａ（防護体８）から遠ざかる方向に整流されることとなり、飛散物Ｈがさらに保護窓８ａに到達しにくくなる。
さらには、保護窓８ａの表面に沿うようにパージエアＰを整流することによって、飛散物Ｈの直撃を防ぎながら、必要最低限のエア流量でエア膜を形成できるため、溶接トーチ２２付近に形成されたシールドガス膜Ｓに影響を及ぼすことはない。
［遮蔽板１１の説明］
図２に示すように、第１エア噴出機構９からのパージエアＰによって、防護体８に対する飛散物Ｈの付着、堆積を防ぐとともに、上述した遮蔽板１１を併用することによって、さらなる飛散物Ｈの防護体８への到達防止と、シールドガス膜Ｓへの影響低減とが同時に実現できる。
【００４０】
前記２つの遮蔽板１１のうち、溶接トーチ２２に近い側の遮蔽板（以下、第１遮蔽板１１ａとする）は、側面視で略く字形状に屈曲した板体である（図２参照）。
第１遮蔽板１１ａは、側面視において、蓋体５の溶接トーチ２２側の端縁から下方へ延出し、溶接トーチ２２から遠ざかるように曲がった後は、逆に溶接トーチ２２に近づく方向へ所定角度だけ屈曲して形成されている（この部分を屈曲部２６とする）。
【００４１】
したがって、図２中でアーク点Ｘと第１遮蔽板１１ａの先端とを結ぶ仮想線Ｙ１で示すように、撮像窓７が第１遮蔽板１１ａの陰に隠れることによって、アーク点Ｘからの飛散物Ｈが撮像窓７に到達することが防げる。
もう１つの遮蔽板１１は、蓋体５における撮像窓７と投光窓６との間に設けられており（以下、第２遮蔽板１１ｂとする）、この第２遮蔽板１１ｂは、先細り状の板体であって、溶接トーチ２２側へ屈曲部２６と略同じ所定角度に傾いた状態で蓋体５から立設している。
【００４２】
図２中でアーク点Ｘと第２遮蔽板１１ｂの先端とを結ぶ仮想線Ｙ２で示すように、この第２遮蔽板１１ｂで、投光窓６にアーク点Ｘからの飛散物Ｈが到達することが防ぐことができると同時に、図２で示す如く、撮像窓７からのパージエアＰは第１遮蔽板１１ａにより、投光窓６からのパージエアＰは第２遮蔽板１１ｂによって、シールドガス膜Ｓへの到達が妨げられ、さらなる影響を抑えることができる。
【００４３】
さらに、このように遮蔽板１１を２つ設けているため、各遮蔽板１１ａ、１１ｂを大きくしなくとも、十分に飛散物Ｈを避けることが可能となり、しいては、溶接センサ１全体を小型化することができる。
図３に示すように、２つの遮蔽板１１ａ、１１ｂは、下方に先細り状に形成されており、溶接ワークＷの開先が狭くても、干渉（接触）することが少なくなる。
［溶接センサ１の構成（第２実施形態）］
次に、第２実施形態の溶接センサ１について説明する。
【００４４】
図４に示されるように、第２実施形態の溶接センサ１が第１実施形態と異なる点は、第１エア噴出機構９の他に、パージエアＰを噴出する第２エア噴出機構１２を有している点である。
この第２エア噴出機構１２は、蓋体５の第１遮蔽板１１ａ内にエアを通すエア通路２８と、このエア通路２８を通過したエアを第１遮蔽板１１ａの中途部からパージエアＰとして噴出するエア噴出孔２９とを備えている。
【００４５】
詳しくは、図４に示す如く、例えば、エア通路２８は、蓋体５における溶接トーチ２２側の縁部から第１遮蔽板１１ａの中途部まで設けられた管路である。
エア通路２８は、入り口２８ａがエア供給孔４ｃを覆うまで上方に延設された蓋体５の縁部に設けられており、エア通路２８の中途部からエア供給孔４ｃへエアが枝分かれするように構成されている。
【００４６】
図３に示すように、エア通路２８は、断面が板状の第１遮蔽板１１ａにあわせて横長の略四角形に形成され、エア通路２８の内部は、複数のスリットに格子状に仕切られており、エア噴出孔２９から所定方向に真っ直ぐ噴出するように整流されている。
エア噴出孔２９は、第１遮蔽板１１ａにおける屈曲部２６の基端部に形成されており、整流されたパージエアＰを、溶接ワークＷ側からの飛散物Ｈの飛散方向と交差する方向に沿って、直線的に噴出することとなる。
【００４７】
第２エア噴出機構１２から噴出されるパージエアＰの流速は、第１エア噴出機構９から噴出されるパージエアＰの流速より速く設定されている。
なお、エア通路２８、エア噴出孔２９によって、第２エア噴出機構１２が構成されている。
［パージエアＰの流れ］
第２実施形態におけるパージエアＰの流れも、図５にて説明する。
【００４８】
図５（ａ）には、入り口２８ａからエア通路２８内に進入するエア流れが示されている
（図５（ａ）Ｐ５参照）。このＰ５は、中途からエア供給孔４ｃへＰ１と、さらに第１遮蔽板１１ａ内のエア通路２８を進むエア流れＰ６とに分かれる。分かれたＰ６は、エア通路２８を通って、エア噴出孔２９からパージエアＰ７として噴出される。
パージエアＰ７（第２パージエア）は、飛散物Ｈの飛散方向と交差する方向へ、第１エア噴出機構９のパージエアＰ４（第１パージエア）より速く噴出されているため、アーク点Ｘから真っ直ぐ飛んできた飛散物Ｈの向きが変わり、飛散物Ｈの運動エネルギーが軽減される。
【００４９】
このように、飛散物Ｈの勢いを弱めることで、防護体８に当たる飛散物Ｈを極力低減させることができると同時に、第１パージエアＰ４と第２パージエアＰ７との流速差によって第２パージエアＰ７側に負圧が生じ、第１パージエアＰ４から第２パージエアＰ７へ、つまり防護体８から遠ざかる方向に飛散物Ｈが押されることとなる。
したがって、さらなる防護体８への飛散物Ｈの付着が防止できる。
【００５０】
これに加え、第２パージエアＰ７は、溶接トーチ２２から遠ざかる方向、つまりシールドガス膜から離れる方向に噴出されるため、第２パージエアＰ７の流速、流量をどのように設定しても、溶接トーチ２２付近に形成されたシールドガス膜Ｓには影響がない。
なお、第２実施形態におけるその他の構成及び作用効果は、第１実施形態と同じであるので、その説明は省略する。
【００５１】
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。溶接センサ１等の各構成又は全体の構造、形状、寸法などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。
エア隙間１０の幅は、内周縁部に沿って均一としていたが、パージエアＰを噴出して防護体８表面に飛散物Ｈが付着するのを抑制できるのであれば、エア隙間１０の幅を、エア孔８ｂの対応位置だけ大きくするなど、不均一にしてもよい。
【００５２】
遮蔽板１１は、２つ設けずとも、パージエアＰによって投光窓６及び撮像窓７に溶接ワークＷからの飛散物Ｈが到達することを防げるのであれば、なし、１つ又は３つ以上であってもよい。
第２エア噴出機構１２から噴出されるパージエアＰの流速を、第１エア噴出機構９から噴出されるパージエアＰの流速より速く設定していたが、第２エア噴出機構１２のパージエアＰを飛散方向に交差するように噴出するのであれば、第１エア噴出機構９及び第２エア噴出機構１２のエア流速を略同じ等に設定してもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１ 溶接センサ
２ 投光器
３ カメラ
４ センサハウジング
５ センサハウジングの蓋体
６ 投光窓
７ 撮像窓
８ 防護体
９ 第１エア噴出機構
１０ エア隙間
１１ 遮蔽板
１２ 第２エア噴出機構
Ｗ 溶接ワーク
Ｌ 検出光
Ｐ パージエア
Ｈ 飛散物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク溶接形状計測用センサ、特にＭＡＧ溶接等のシールドガスの出る溶接トーチの近傍のヒュームやスパッタなどの飛散物が存在する悪環境・悪雰囲気中で使用される溶接センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、産業用ロボットに溶接トーチを取り付け、この溶接トーチから不活性ガスに等よるシールドガスを出しながら自動溶接が行なわれている。
上述したシールドガスで形成されるシールドガス膜は、大気中の窒素・酸素等の影響から溶接ワイヤ先端のアークを守り安定させるものであって、シールドガス膜が破られては安定してアークを行うことができない。仮に、シールドガス膜が破られた場合、空気中の窒素・酸素等を巻き込みブローホール・溶け込み不足等の溶接欠陥が発生する。
【０００３】
ところで、このようなシールドガス膜を形成しながら溶接トーチで自動溶接を行なう際には、溶接ワークの位置の検出、あるいは溶接状態の監視を行なう溶接センサを、溶接トーチと一緒に産業用ロボットに取り付ける。
上述の溶接センサは、多くの場合には、溶接トーチ（つまり、シールドガス膜）の近傍に配置されるが、溶接センサには、近年、投光器から出射したスリット光を溶接ワーク上に照射し、その反射光をカメラで受光し、溶接部位の形状データを得る視覚型の溶接センサが用いられる傾向にある。
【０００４】
このような視覚型溶接センサは、センサ容器内部に上述した投光器やカメラ、レンズ等の光学要素等を格納しているが、溶接トーチの近傍に配置されているので、ヒュームやスパッタなどの存在する雰囲気に曝される。そこで、溶接センサは、溶接時に発生するスパッタやヒュームから保護する透明樹脂材等からなる防護体によって被覆する構造を有している。
【０００５】
しかし、この防護体を設けていても、防護体自体の表面にヒュームやスパッタが附着、堆積するため、防護体の表面が汚れていき、結局は、投光器から出射されるスリット光やカメラで受光する反射光を遮るため、正確な溶接部位の形状データを得ることができなくなる問題がある。
この問題を解消するために、溶接センサの防護体に沿って略平行に流れる複数層の空気流を発生させ、複数層の空気流の防護体に最も近い方の層の流速を、他層の流速に比べて低速に設定することで、スパッタ等の引き込みを抑えて防護体の汚れを低減させる技術（特許文献１）、溶接センサ１０１の防護体１０２の前面に設けた逆Ｖ溝１０３と、この逆Ｖ溝１０３内に噴出した冷却ガスＲ１を外方へ排出することとで、防護体１０２にスパッタ等が滞留することを防ぐ技術（特許文献２）、上向き姿勢の溶接時に、ノズル手段から噴出された空気流で防護体の前方に形成されたエアカーテンによって、スパッタの蓄積を防ぐ技術（特許文献３）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３２００９４号公報
【特許文献２】特開２００４−１９５５０２号公報
【特許文献３】特開平６−９１５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された技術では、防護体の前面に空気を単純に出しているだけであり、空気の流れを厳密に整流しておらず噴出しの方向を考慮してない。そのためにシールドガスへの影響を防ぐためには、パージエアの流量を減らさなければならず十分な防護効果を得ることができない。また流れのムラによる外側検出窓の汚れが発生する可能性がある。
【０００８】
また、特許文献２に記載の技術では、図６に示したように、逆Ｖ溝１０３内に噴出された冷却ガス（空気）Ｒ１の流れが防護体１０２の前面のみであり、防護体１０２のスパッタ・ヒュームに対する防護効果が不十分である。それを防ぐために単純に流出エアの流量を増やした場合には、図６中の矢印Ｒ２で示すように、外方へ排出された空気がシールドガスＳ付近に流れ込み、シールドガスＳへ悪影響を与えるため、ブローホール等の溶接欠陥が発生してしまう。
【０００９】
さらに、特許文献３においては、下向きのときは考慮されておらず、単に、上向きのときに降り積もることだけを問題にしている。また、特許文献３に開示された構成は、飛来するスパッタ等の量・速度共に防護体への付着が問題無い電流値での溶接を想定しているものと思われ、大電流・重スパッタ時の防護は考慮されていない。また、パージエアについても、一方向のみでシールドガスの乱れによる溶接施工不良については考慮されておらず、防護体のスパッタ・ヒュームに対する防護効果が不十分である。なお、それを防ぐために単純に流出エアの流量を増やした場合であっても、空気の整流ができないために、シールドガスへの悪影響は避けることができない。
【００１０】
上述した問題に鑑み、本発明は、溶接時のシールドガスを乱すこと無く防護体の汚れを防止する溶接センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を達成するために、本発明は、以下の技術的手段を採用した。
本発明に係る溶接センサは、溶接ワークに検出光を照射可能な投光器と前記検出光が照射された溶接ワークを撮像するカメラとを内蔵したセンサハウジングを有し、該センサハウジングを閉鎖すべく溶接ワーク側に取り付けた蓋体には前記投光器用の投光窓とカメラ用の撮像窓とが設けられ、前記蓋体の投光窓及び撮像窓のハウジング内方側に前記投光器及びカメラを覆う透光性の防護体が配備されていて、前記防護体と蓋体との間に、前記投光窓及び撮像窓のそれぞれの内周縁部から中央に向かうパージエアを噴出させる第１エア噴出機構を有していることを特徴とする。
【００１２】
これによって、第１エア噴出機構から噴出されるパージエア（第１パージエア）を、投光窓及び撮像窓のそれぞれの内周縁部から中央に向かうように、流出方向を整流させることにより、最低限のパージエア流量で効果的にスパッタ・ヒュームが検出面に付着することを防止しつつ、シールドガスへの悪影響は避けることができる。
好ましくは、前記第１エア噴出機構は、前記防護体と蓋体との間に防護体表面に沿うように整流されたパージエアを噴出可能なエア隙間を備えていてもよい。
【００１３】
これによって、必要最低限のパージエアを防護体表面に沿うように整流することができ、スパッタ等の飛来の防止と、シールドガスへの影響の低減とを同時に実現できる。
また、前記エア隙間の幅を投光窓及び撮像窓のそれぞれの内周縁部に沿って均一にしてもよく、これによって、パージエアの流速を上げ、効果的に防護体表面への汚れ付着を防止する。
【００１４】
さらには、前記センサハウジングの蓋体に、前記溶接ワーク側から飛散物が投光窓及び撮像窓へ到達することを防ぐ遮蔽板を設けることも好適である。
これによって、整流させたパージエアを効果的に用いながら、同時に遮蔽用板を効果的に併用することにより、大電流によるスパッタ・ヒュームの汚れを効果的に防御することが可能となる。
【００１５】
より好ましくは、前記センサハウジングに、前記溶接ワーク側からの飛散物の飛散方向と交差するように整流されたパージエアを噴出する第２エア噴出機構を有していることを特徴とする。
このような構成によって、第２エア噴出機構から噴出されたパージエア（第２パージエア）は、シールドガスがやぶれず溶接品質に悪影響が出ないようまっすぐ整流させており、必要最低限のパージエア流量にて、効果的に重いスパッタを除去する。
【００１６】
さらには、第二のパージエアを突破してきたスパッタ・ヒュームについても整流した第２のパージエアで防護体への衝突・汚れ付着を防止する。
なお、前記第２エア噴出機構から噴出されるパージエアの流速を、前記第１エア噴出機構から噴出されるパージエアの流速より速く設定していてもよく、第２パージエアに引き込まれたヒュームやスパッタが第１パージエアに引き込まれることを防ぐため、第１パージエアを越えて、防護体に付着することがないので、溶接センサの防護体の汚れを効果的に防止できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、第１エア噴出機構から噴出されるパージエアを整流して、最低限のパージエア流量で効果的にスパッタ・ヒュームが防護体に付着することを防止しながら、シールドガスへの影響を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の溶接センサを備えた作業マニピュレータである。
【図２】第１実施形態に係る溶接センサの側面断面図である。
【図３】溶接センサの構成を示す斜視図である。
【図４】第２実施形態に係る溶接センサの側面断面図である。
【図５】（ａ）は溶接センサのパージエアの流れを示す要部拡大図、（ｂ）は溶接センサの底面図である。
【図６】従来の溶接センサの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を、図１〜図５に基づき説明する。
なお、以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
［作業マニピュレータ２１のシステム構成］
図１には、本発明に係る溶接センサ１を備えた作業マニピュレータ２１（溶接マニピュレータ）が示されている。
【００２０】
この溶接マニピュレータ２１は、溶接ワークＷを溶接する溶接トーチ２２を先端部に備えた垂直６軸多関節ロボットであって、２つの溶接ワークＷ間の溶接線（溶接進行方向）に沿ってアーク溶接を行う。さらに、溶接マニピュレータ２１は、溶接ワークＷの開先の形状を計測する溶接センサ１を有し、溶接センサ１で溶接ワークＷの開先の形状を計測し、計測された開先の形状データに基づいて、溶接ワークＷ同士をアーク溶接をする。
【００２１】
ここで、溶接ワークＷ同士を溶接するための溶接センサ１及び溶接マニピュレータ２１用のシステム構成について述べる。
この溶接システムは、溶接マニピュレータ２１に取り付けられた溶接センサ１から取得された画像データを、通信線を通じて、制御用コンピュータ（図示省略）へ送る。送られた画像データをもとに、このコンピュータで、溶接線検出、補正量の算出を行い、コントローラ（図示省略）に検出結果及び算出結果を送付する。
【００２２】
このコントローラから送られた補正量を元に、溶接マニピュレータ２１は、教示されたデータからの補正を行うことで、溶接ワークＷの開先に合わせた正確な溶接を行う。
なお、溶接マニピュレータ２１は垂直６軸多関節ロボットに限定されない。
溶接トーチ２２は、溶接マニピュレータ２１の手先２１ａに取り付けられていて、溶接センサ１によって計測された溶接ワークＷの開先形状の特徴量（例えば、ルートギャップや開先幅やビード幅等）に応じて、溶接トーチ２２ のウィービング幅や移動速度及び溶接ワイヤの送り量が制御されている。
【００２３】
この溶接トーチ２２によるアーク溶接時には、図２、４に示す如く、溶接トーチ２２によるアーク点Ｘ（先端）からスパッタやフューム等の飛散物Ｈが飛散する。
したがって、溶接トーチ２２の近傍に配置された溶接センサ１には、ヒュームやスパッタなどの存在する雰囲気に曝されることとなるため、溶接センサ１には、アーク溶接時の飛散物Ｈから保護する防護体８が設けられており、以下にその溶接センサ１の詳細を述べる。
［溶接センサ１の構成（第１実施形態）］
溶接センサ１は、溶接マニピュレータ２１の手先２１ａで且つ溶接トーチ２２の傍に取り付けられている（図１参照）。
【００２４】
図２は、第１実施形態の溶接センサ１を示しており、この溶接センサ１は、後述する投光器２及びカメラ３を内蔵するセンサハウジング４と、このセンサハウジング４を閉鎖すべく溶接ワークＷ側に取り付けた蓋体５と、この蓋体５のハウジング内方側に配備され且つ投光器２及びカメラ３を覆う防護体８と、この防護体８と投光器２及びカメラ３との間に配備された窓体２３とを有している。
【００２５】
前記投光器２は、検出光Ｌ（スリット光）を発光するレーザ半導体素子を備えており、この素子から発光されるスリット光Ｌを所定の角度で出射する。発光されたスリット光Ｌは、蓋体５の後述する投光窓６及び窓部材２３ａを通って、センサハウジング４外方へ出射し、溶接ワークＷの開先部分に照射される。
なお、投光器２からのスリット光Ｌは、センサハウジング４内に配備された鏡（図示省略）によって、所定角度で出射させてもよい。
【００２６】
前記カメラ３は、ＣＣＤカメラ等であって、スリット光Ｌが照射された溶接ワークＷの開先部分を撮像する。つまり、溶接ワークＷから反射した検出光Ｌ（開先部分を光切断したスリット光）は、蓋体５の後述する撮像窓７及び窓部材２３ａを通って、センサハウジング４内へ入ってカメラ３に入射することとなる。カメラ３に入射した光Ｌは画像データとして取り込まれ、取り込まれたデータは、制御用コンピュータに送られる。
【００２７】
投光器２の照射軸とカメラ３の光軸とは所定角度がつけられており、光切断法により、画像データ内における光切断光Ｌの移動距離を検出することで、溶接ワークＷの開先形状を計測する。
前記センサハウジング４は、投光器２とカメラ３とを内蔵する略直方体状の筐体であって、投光器２及びカメラ３の前面側（溶接ワークＷ側）が開口している（開口部４ａ）。
【００２８】
図３に示すように、この開口部４ａからセンサハウジング４内へ、投光器２及びカメラ３の直前に配置され且つ窓部材２３ａを（本実施形態では２つ）備えた窓体２３と、この窓体２３の前面側に配備される着脱自在な防護体８とが嵌め込まれる。
さらに、この防護体８を覆い且つセンサハウジング４の開口部４ａを閉鎖するように、蓋体５が着脱自在にセンサハウジング４の前面側（溶接ワークＷ側）に嵌め込まれる。
【００２９】
センサハウジング４内面には、窓体２３が投光器２及びカメラ３の直前で留まるために窓体２３を係止させる窓段差２４と、防護体８が窓体２３から所定距離はなれた位置に配備されるために防護体８を係止する防護段差２５とが設けられている。したがって、窓体２３と防護体８との間には、後述する第１エア噴出機構９へ送るエアが通る内部エア空間４ｂが形成されている。また、センサハウジング４は、図示しないエア供給部から内部エア空間４ｂに送り込まれるエアが通るエア供給孔４ｃが設けられている。（図２、４、５参照）
前記窓体２３は、例えば、スリット光Ｌのみを透過させる光学フィルタ等からなる窓部材２３ａを、板状の枠部材２３ｂに嵌め込んで形成されている。窓部材２３ａは、投光器２から出射されるスリット光Ｌや、溶接ワークＷからカメラ３に入射する反射光が通り抜けるのに支障がない位置に嵌め込まれている。
［蓋体５、防護体８の説明］
図２に示す如く、前記蓋体５は、センサハウジング４の溶接ワークＷ側の外縁に着脱自在に嵌り込んで、開口部４ａを閉鎖する。また、蓋体５をセンサハウジング４から外すことで、その内部の防護体８（及び窓体２３）を着脱することが可能となる。
【００３０】
つまり、防護体８に飛散物Ｈが堆積して、スリット光Ｌや反射光の通り抜けができなくなる前に、防護体８を取り替えることができる。
蓋体５には、スリット光Ｌが出射する略円形状の投光窓６が、投光器２の照射軸上に形成されている。また、溶接ワークＷからの反射光がカメラ３に入射する略円形状の撮像窓７が、カメラ３の光軸上に形成されており、各光の入射及び出射には支障がない。
【００３１】
これら投光窓６及び撮像窓７に、溶接ワークＷのアーク点Ｘからの飛散物Ｈが到達することを防ぐ遮蔽板１１が蓋体５に２つ設けられている。
蓋体５の裏面（ハウジング内方側の面）には、後述する保護窓８ａ及びエア孔８ｂに対応する範囲に略円形のエア凹部２７が２つ設けられている（図２、図５参照）。このエア凹部２７は、深さ一様の凹みであって、本実施形態では、約０．１〜０．５ｍｍである。
【００３２】
なお、エア凹部２７底面の中央には、投光窓６及び撮像窓７が開口していることとなる。また、エア凹部２７の直径は、後述の保護窓８ａよりも大きく、且つ後述する略円形状に設けられたエア孔８ｂの配置範囲よりも広く形成されている。
前記防護体８は、蓋体５と窓体２３との間に配備された板状体であって、透光性を有したプラスチック素材の略円形の保護窓８ａを２つ備えている。
【００３３】
この保護窓８ａは、投光器２の照射軸上及びカメラ３の光軸上にそれぞれ設けられ、上述した投光窓６及び撮像窓７と、窓体２３の窓部材２３ａと略同軸状に配置されている。
つまり、スリット光Ｌや反射光の通り道が確保されると同時に、この通り道上に飛散物Ｈが進入してきたとしても、この保護窓８ａに付着、堆積するため、通り抜けてさらに内部にある窓体２３や投光器２及びカメラ３までには決して到達しない。
【００３４】
なお、投光窓６及び撮像窓７の直径は、それぞれ保護窓８ａの直径よりも小さく形成されている（図５（ｂ）参照）。
［第１エア噴出機構９の説明］
図２、３に示すように、保護窓８ａの周りの防護体８には、周方向等間隔で内部エア空間４ｂと連通したエア孔８ｂが略円形状に複数設けられている。
【００３５】
このエア孔８ｂは、保護窓８ａと比して小径であり、蓋体５をセンサハウジング４に嵌め込んだ時に、投光窓６及び撮像窓７の外周部によって覆われる位置にあるため、外部に直接は露出していない。
これは、蓋体５裏面におけるエア孔８ｂの対応位置には、蓋体５のエア凹部２７がエア孔８ｂを覆うように存在しているためであるが、防護体８前面と蓋体５のエア凹部２７の底面との間には、所定の間隔を有するエア隙間１０が形成される。
【００３６】
したがって、エア隙間１０を介して、内部エア空間４ｂから投光窓６及び撮像窓７内周側へエアが通り抜ける（つまり、パージエアＰを噴出する）ことが可能となる。また、エア隙間１０の幅（照射軸及び光軸方向の幅）を変えることで、噴出するパージエアＰの流速を調整できる（例えば、エア隙間１０の幅を薄くすると、パージエアＰの流速は速くなる）。また、エア隙間１０は、投光窓６及び撮像窓７の内周面の奥側縁部に沿って、隙間幅が均一になるように形成されており、保護窓８ａ表面に万遍なく一様にパージエアＰを噴出することができる。
【００３７】
なお、エア孔８ｂ、エア隙間１０（エア凹部２７）、投光窓６及び撮像窓７によって、第１エア噴出機構９が構成されている。
［パージエアＰの流れ］
ここで図５にて、パージエアＰの流れを説明する。
図５（ａ）中のＰ１に示すように、エア供給孔４ｃからセンサハウジング４の内部エア空間４ｂへエアが送り込まれる。内部エア空間４ｂ内にエアが押し込まれると、防護体８のエア孔８ｂにエアが流れ込む（図５（ａ）中Ｐ２参照）。また、エア隙間１０内を進むエアは、保護窓８ａの表面に沿うように整流されて、パージエアＰとなる（図５（ａ）中Ｐ３参照）。
【００３８】
さらに、各窓６、７の内周縁部から噴出したパージエアＰ３は、中央でぶつかりあうこととなり、図５（ａ）及び（ｂ）に示す如く、各窓６、７の中央付近からセンサハウジング４の外方へ向かって吹き上げるパージエアＰ４の流れとなる。
これらのパージエアＰ３及びＰ４によって、防護体８の保護窓８ａの前面側（防護体８表面）には、投光窓６及び撮像窓７のそれぞれの内周縁部から中央に向かって、一様なエア膜が形成される。このように形成されたエア膜によって、飛散物Ｈが保護窓８ａに到達することを妨げることとなり、保護窓８ａにおける飛散物Ｈの堆積量や堆積速度を低減させる。
【００３９】
なお、パージエアＰ４が各窓６、７の中央付近から吹き上がることによって、パージエアＰは、保護窓８ａ（防護体８）から遠ざかる方向に整流されることとなり、飛散物Ｈがさらに保護窓８ａに到達しにくくなる。
さらには、保護窓８ａの表面に沿うようにパージエアＰを整流することによって、飛散物Ｈの直撃を防ぎながら、必要最低限のエア流量でエア膜を形成できるため、溶接トーチ２２付近に形成されたシールドガス膜Ｓに影響を及ぼすことはない。
［遮蔽板１１の説明］
図２に示すように、第１エア噴出機構９からのパージエアＰによって、防護体８に対する飛散物Ｈの付着、堆積を防ぐとともに、上述した遮蔽板１１を併用することによって、さらなる飛散物Ｈの防護体８への到達防止と、シールドガス膜Ｓへの影響低減とが同時に実現できる。
【００４０】
前記２つの遮蔽板１１のうち、溶接トーチ２２に近い側の遮蔽板（以下、第１遮蔽板１１ａとする）は、側面視で略く字形状に屈曲した板体である（図２参照）。
第１遮蔽板１１ａは、側面視において、蓋体５の溶接トーチ２２側の端縁から下方へ延出し、溶接トーチ２２から遠ざかるように曲がった後は、逆に溶接トーチ２２に近づく方向へ所定角度だけ屈曲して形成されている（この部分を屈曲部２６とする）。
【００４１】
したがって、図２中でアーク点Ｘと第１遮蔽板１１ａの先端とを結ぶ仮想線Ｙ１で示すように、撮像窓７が第１遮蔽板１１ａの陰に隠れることによって、アーク点Ｘからの飛散物Ｈが撮像窓７に到達することが防げる。
もう１つの遮蔽板１１は、蓋体５における撮像窓７と投光窓６との間に設けられており（以下、第２遮蔽板１１ｂとする）、この第２遮蔽板１１ｂは、先細り状の板体であって、溶接トーチ２２側へ屈曲部２６と略同じ所定角度に傾いた状態で蓋体５から立設している。
【００４２】
図２中でアーク点Ｘと第２遮蔽板１１ｂの先端とを結ぶ仮想線Ｙ２で示すように、この第２遮蔽板１１ｂで、投光窓６にアーク点Ｘからの飛散物Ｈが到達することが防ぐことができると同時に、図２で示す如く、撮像窓７からのパージエアＰは第１遮蔽板１１ａにより、投光窓６からのパージエアＰは第２遮蔽板１１ｂによって、シールドガス膜Ｓへの到達が妨げられ、さらなる影響を抑えることができる。
【００４３】
さらに、このように遮蔽板１１を２つ設けているため、各遮蔽板１１ａ、１１ｂを大きくしなくとも、十分に飛散物Ｈを避けることが可能となり、しいては、溶接センサ１全体を小型化することができる。
図３に示すように、２つの遮蔽板１１ａ、１１ｂは、下方に先細り状に形成されており、溶接ワークＷの開先が狭くても、干渉（接触）することが少なくなる。
［溶接センサ１の構成（第２実施形態）］
次に、第２実施形態の溶接センサ１について説明する。
【００４４】
図４に示されるように、第２実施形態の溶接センサ１が第１実施形態と異なる点は、第１エア噴出機構９の他に、パージエアＰを噴出する第２エア噴出機構１２を有している点である。
この第２エア噴出機構１２は、蓋体５の第１遮蔽板１１ａ内にエアを通すエア通路２８と、このエア通路２８を通過したエアを第１遮蔽板１１ａの中途部からパージエアＰとして噴出するエア噴出孔２９とを備えている。
【００４５】
詳しくは、図４に示す如く、例えば、エア通路２８は、蓋体５における溶接トーチ２２側の縁部から第１遮蔽板１１ａの中途部まで設けられた管路である。
エア通路２８は、入り口２８ａがエア供給孔４ｃを覆うまで上方に延設された蓋体５の縁部に設けられており、エア通路２８の中途部からエア供給孔４ｃへエアが枝分かれするように構成されている。
【００４６】
図３に示すように、エア通路２８は、断面が板状の第１遮蔽板１１ａにあわせて横長の略四角形に形成され、エア通路２８の内部は、複数のスリットに格子状に仕切られており、エア噴出孔２９から所定方向に真っ直ぐ噴出するように整流されている。
エア噴出孔２９は、第１遮蔽板１１ａにおける屈曲部２６の基端部に形成されており、整流されたパージエアＰを、溶接ワークＷ側からの飛散物Ｈの飛散方向と交差する方向に沿って、直線的に噴出することとなる。
【００４７】
第２エア噴出機構１２から噴出されるパージエアＰの流速は、第１エア噴出機構９から噴出されるパージエアＰの流速より速く設定されている。
なお、エア通路２８、エア噴出孔２９によって、第２エア噴出機構１２が構成されている。
［パージエアＰの流れ］
第２実施形態におけるパージエアＰの流れも、図５にて説明する。
【００４８】
図５（ａ）には、入り口２８ａからエア通路２８内に進入するエア流れが示されている
（図５（ａ）Ｐ５参照）。このＰ５は、中途からエア供給孔４ｃへＰ１と、さらに第１遮蔽板１１ａ内のエア通路２８を進むエア流れＰ６とに分かれる。分かれたＰ６は、エア通路２８を通って、エア噴出孔２９からパージエアＰ７として噴出される。
パージエアＰ７（第２パージエア）は、飛散物Ｈの飛散方向と交差する方向へ、第１エア噴出機構９のパージエアＰ４（第１パージエア）より速く噴出されているため、アーク点Ｘから真っ直ぐ飛んできた飛散物Ｈの向きが変わり、飛散物Ｈの運動エネルギーが軽減される。
【００４９】
このように、飛散物Ｈの勢いを弱めることで、防護体８に当たる飛散物Ｈを極力低減させることができると同時に、第１パージエアＰ４と第２パージエアＰ７との流速差によって第２パージエアＰ７側に負圧が生じ、第１パージエアＰ４から第２パージエアＰ７へ、つまり防護体８から遠ざかる方向に飛散物Ｈが押されることとなる。
したがって、さらなる防護体８への飛散物Ｈの付着が防止できる。
【００５０】
これに加え、第２パージエアＰ７は、溶接トーチ２２から遠ざかる方向、つまりシールドガス膜から離れる方向に噴出されるため、第２パージエアＰ７の流速、流量をどのように設定しても、溶接トーチ２２付近に形成されたシールドガス膜Ｓには影響がない。
なお、第２実施形態におけるその他の構成及び作用効果は、第１実施形態と同じであるので、その説明は省略する。
【００５１】
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。溶接センサ１等の各構成又は全体の構造、形状、寸法などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。
エア隙間１０の幅は、内周縁部に沿って均一としていたが、パージエアＰを噴出して防護体８表面に飛散物Ｈが付着するのを抑制できるのであれば、エア隙間１０の幅を、エア孔８ｂの対応位置だけ大きくするなど、不均一にしてもよい。
【００５２】
遮蔽板１１は、２つ設けずとも、パージエアＰによって投光窓６及び撮像窓７に溶接ワークＷからの飛散物Ｈが到達することを防げるのであれば、なし、１つ又は３つ以上であってもよい。
第２エア噴出機構１２から噴出されるパージエアＰの流速を、第１エア噴出機構９から噴出されるパージエアＰの流速より速く設定していたが、第２エア噴出機構１２のパージエアＰを飛散方向に交差するように噴出するのであれば、第１エア噴出機構９及び第２エア噴出機構１２のエア流速を略同じ等に設定してもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１ 溶接センサ
２ 投光器
３ カメラ
４ センサハウジング
５ センサハウジングの蓋体
６ 投光窓
７ 撮像窓
８ 防護体
９ 第１エア噴出機構
１０ エア隙間
１１ 遮蔽板
１２ 第２エア噴出機構
Ｗ 溶接ワーク
Ｌ 検出光
Ｐ パージエア
Ｈ 飛散物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワークに検出光を照射可能な投光器と前記検出光が照射された溶接ワークを撮像するカメラとを内蔵したセンサハウジングを有し、該センサハウジングを閉鎖すべく溶接ワーク側に取り付けた蓋体には前記投光器用の投光窓とカメラ用の撮像窓とが設けられ、前記蓋体の投光窓及び撮像窓のハウジング内方側に前記投光器及びカメラを覆う透光性の防護体が配備されていて、
前記防護体と蓋体との間に、前記投光窓及び撮像窓のそれぞれの内周縁部から中央に向かうパージエアを噴出させる第１エア噴出機構を有していることを特徴とする溶接センサ。
【請求項２】
前記第１エア噴出機構は、前記防護体と蓋体との間に防護体表面に沿うように整流されたパージエアを噴出可能なエア隙間を備えていることを特徴とする請求項１に記載の溶接センサ。
【請求項３】
前記エア隙間の幅を投光窓及び撮像窓のそれぞれの内周縁部に沿って均一にしていることを特徴とする請求項２に記載の溶接センサ。
【請求項４】
前記センサハウジングの蓋体に、前記溶接ワーク側から飛散物が投光窓及び撮像窓へ到達することを防ぐ遮蔽板を設けていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の溶接センサ。
【請求項５】
前記センサハウジングに、前記溶接ワーク側からの飛散物の飛散方向と交差するように整流されたパージエアを噴出する第２エア噴出機構を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の溶接センサ。
【請求項６】
前記第２エア噴出機構から噴出されるパージエアの流速を、前記第１エア噴出機構から噴出されるパージエアの流速より速く設定していることを特徴とする請求項５に記載の溶接センサ。
【請求項１】
溶接ワークに検出光を照射可能な投光器と前記検出光が照射された溶接ワークを撮像するカメラとを内蔵したセンサハウジングを有し、該センサハウジングを閉鎖すべく溶接ワーク側に取り付けた蓋体には前記投光器用の投光窓とカメラ用の撮像窓とが設けられ、前記蓋体の投光窓及び撮像窓のハウジング内方側に前記投光器及びカメラを覆う透光性の防護体が配備されていて、
前記防護体と蓋体との間に、前記投光窓及び撮像窓のそれぞれの内周縁部から中央に向かうパージエアを噴出させる第１エア噴出機構を有していることを特徴とする溶接センサ。
【請求項２】
前記第１エア噴出機構は、前記防護体と蓋体との間に防護体表面に沿うように整流されたパージエアを噴出可能なエア隙間を備えていることを特徴とする請求項１に記載の溶接センサ。
【請求項３】
前記エア隙間の幅を投光窓及び撮像窓のそれぞれの内周縁部に沿って均一にしていることを特徴とする請求項２に記載の溶接センサ。
【請求項４】
前記センサハウジングの蓋体に、前記溶接ワーク側から飛散物が投光窓及び撮像窓へ到達することを防ぐ遮蔽板を設けていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の溶接センサ。
【請求項５】
前記センサハウジングに、前記溶接ワーク側からの飛散物の飛散方向と交差するように整流されたパージエアを噴出する第２エア噴出機構を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の溶接センサ。
【請求項６】
前記第２エア噴出機構から噴出されるパージエアの流速を、前記第１エア噴出機構から噴出されるパージエアの流速より速く設定していることを特徴とする請求項５に記載の溶接センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２４５５１７（Ｐ２０１１−２４５５１７Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２１８３６（Ｐ２０１０−１２１８３６）
【出願日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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