(57)【要約】  センサ装置の放出口から安定して気体を放出することができないと、装置外部の検出光が通過する経路にヒューム等が過剰に入り込むことがあり、センサ装置の検出精度にばらつきが発生することがある。センサ装置１の保護カバー４０には、保護プレート４４に吹き付けるための気体を流す第２ガス流路４７が形成され、第２ガス流路４７には、レーザ光Ｌ２が通過するとともに、第２ガス流路４７を流れた気体を、レーザ光が投光される側に放出する投光用放出口４８ａおよび検出用放出口４８ｂが形成されている。第２ガス流路４７には、保護カバー４０とケース本体３０との間に、第２ガス流路４７を流れる気体を蓄圧する蓄圧室４７ａが形成されている。蓄圧室４７ａには、投光用放出口４８ａおよび検出用放出口４８ｂに気体が流れるように、気体を流出させる通気孔としてスリット４７ｂが形成されている。
2018169057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接されるワークの表面からの光を検出光として検出する検出部を少なくとも備え、前記検出部で検出された前記検出光により、前記ワークの状態または前記検出部から前記ワークまでの距離を測定するためのセンサユニットと、
前記センサユニットを収容するとともに、前記検出部へ向かう検出光が通過する少なくとも１つの通過部が形成されたケース本体と、
前記検出光を透過する保護プレートを有し、前記通過部を前記保護プレートで覆うように、前記ケース本体に取付けられた保護カバーと、を備えた溶接用センサ装置であって、
前記保護カバーには、前記保護プレートに吹き付けるための気体を流すガス流路が形成され、前記ガス流路には、前記検出光が通過するとともに、前記ガス流路を流れた気体を、放出する放出口が形成されており、
前記ガス流路には、前記保護カバーと前記ケース本体との間に、前記ガス流路を流れる気体を蓄圧する蓄圧室が形成されており、
前記蓄圧室には、前記放出口に気体が流れるように、気体を流出させる通気孔が形成されていることを特徴とする溶接用センサ装置。
【請求項２】
前記保護カバーは、前記保護プレートと前記保護プレートを保持する保持部材とを備えており、
前記通気孔は、前記蓄圧室の両側において、前記保護プレートと前記保持部材との間に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の溶接用センサ装置。
【請求項３】
前記通気孔は、スリットであることを特徴とする請求項１に記載の溶接用センサ装置。
【請求項４】
前記ワーク側において、前記スリットに対向する前記ガス流路の壁面には、前記スリットから流出した気体が、前記保護プレートに向かうように、気体を案内する案内溝が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の溶接用センサ装置。
【請求項５】
前記保護カバーは、前記保護プレートと前記保護プレートを保持する保持部材とを備えており、
前記ガス流路には、前記蓄圧室に気体を導入する導入流路が形成されており、
前記蓄圧室は、前記保持部材と前記ケース本体との間において、前記導入流路からの気体が導入される第１蓄圧室と、前記保護プレートと前記ケース本体との間において、前記第１蓄圧室から流入する気体を前記通気孔から流出させる第２蓄圧室とを有しており、前記第１蓄圧室と前記第２蓄圧室との間には、前記第１蓄圧室から前記第２蓄圧室に流れる気体の流量を絞る絞り部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の溶接用センサ装置。
【請求項６】
前記第１蓄圧室には、前記導入流路に沿った両側に延在した１対の空間が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の溶接用センサ装置。
【請求項７】
前記第１蓄圧室に形成された各空間には、前記導入流路に沿って、前記空間を仕切る少なくとも１つの仕切り壁が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の溶接用センサ装置。
【請求項８】
前記通気孔は、前記保護プレートの両側において、前記保護プレートと前記保持部材との間に形成されており、
前記導入流路は、前記保護プレートの両側に形成された通気孔同士の中央に向かって気体が導入されるように形成されていることを特徴とする請求項５に記載の溶接用センサ装置。
【請求項９】
前記ケース本体には、前記センサユニットを冷却するための気体を流す第１ガス流路が形成されており、前記保護プレートに吹き付けるための気体を流す前記ガス流路は、前記第１ガス流路に連通し、前記保護プレートの近傍から気体が放出されるように気体を流す第２ガス流路であり、
前記ケース本体には、前記第１ガス流路に気体を供給するガス供給口と、前記第１ガス流路に供給された気体を前記ケース本体から前記溶接用センサ装置の外部に排出するガス排出口と、が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の溶接用センサ装置。
【請求項１０】
前記第１ガス流路は、前記ガス供給口と前記ガス排出口とに接続されており、前記第１ガス流路から分岐するように、前記第２ガス流路が連通していることを特徴とする請求項９に記載の溶接用センサ装置。
【請求項１１】
前記溶接用センサ装置に対して、前記ワークを溶接する側の前記ケース本体の表面を前記ケース本体の前面とし、その反対側の表面を前記ケース本体の背面としたときに、
前記ガス供給口は、前記ケース本体の前面側に形成され、前記ガス排出口は、前記ケース本体の背面側に形成されていることを特徴とする請求項９に記載の溶接用センサ装置。
【請求項１２】
前記ケース本体は、前記センサユニットを収容するとともに、前記通過部が形成された筐体と、前記筐体の外壁面を覆うカバーとを備えており、
前記筐体の外壁面および前記外壁面に面した前記カバーの表面の少なくとも一方には、前記第１ガス流路の形状に応じたサーペンタイン形状の溝部が形成されており、
前記カバーで前記筐体の外壁面を覆うことにより、前記第１ガス流路の少なくとも一部が形成されることを特徴とする請求項９に記載の溶接用センサ装置。
【請求項１３】
前記第１ガス流路と前記第２ガス流路が連通する部分には、前記第２ガス流路に流れ込む気体の流量を絞る絞り部材が配置されていることを特徴とする請求項９に記載の溶接用センサ装置。
【請求項１４】
前記溶接用センサ装置に対して、前記ワークを溶接する側の前記保護カバーの表面を前記保護カバーの前面とし、その反対側の表面を前記保護カバーの背面としたときに、
前記第２ガス流路は、前記保護カバーの前面側から背面側に流れるように形成されていることを特徴とする請求項９に記載の溶接用センサ装置。
【請求項１５】
前記第２ガス流路には、前記保護カバーの前面に沿って延在した冷却用の流路が形成されていることを特徴とする請求項１４に記載の溶接用センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークの溶接を行うに好適な溶接用センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、開先形状を有した一対の鉄板などのワークに対して、アーク溶接などにより突合せ溶接などの溶接を行う際には、溶接トーチをワーク（突き合わせた開先形状の部分）に近づける。この状態で、溶接トーチから送られる溶接用ワイヤの先端と、ワークとの間に電圧を印加することにより、これらの間にアークを発生させる。これにより、溶接用ワイヤが溶融するとともに、ワークが加熱されて溶融し、ワーク同士の溶接を行うことができる。【０００３】
溶接を行う際には、溶接トーチとワークとの距離または、ワークの形状は、ワークの溶接の品質に影響する。このような点から、例えば、特許文献１には、ワークとの形状またはワークまでの距離を測定する溶接用センサ装置が提案されている。【０００４】
特許文献１に示す溶接用センサ装置は、レーザ光を投光する投光部と、ワークの表面から反射したレーザ光を検出する検出部と、を備え、検出されたレーザ光から、ワークの形状を測定している。投光部と検出部とは、ケース本体に収容されている。保護カバーには、気体が流れるように放出口が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１９５５０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、特許文献１のセンサ装置によれば、放出口から気体が放出されることにより、溶接時に発生するヒュームが装置内に入ることを防止することができる。しかしながら、センサ装置を流れる気体が脈動する場合などには、安定して気体をセンサ装置の放出口から放出することができないことがある。センサ装置から放出される気体の流れが安定しないと、装置外部の検出光が通過する経路にヒューム等が過剰に入り込むことがあり、センサ装置の検出精度にばらつきが発生することがある。【０００７】
本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、検出精度を高めることができる溶接用センサ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、放出口の気体の流れが安定しないと、放出口を含む検出光の通過経路にヒューム等が過剰に入り込むおそれがあり、センサ装置の検出精度にばらつきが発生すると考えた。したがって、発明者らは、放出口の近傍に蓄圧室を設けることにより、放出口の気体の流れを安定させ、検出光の通過経路の状態を安定させることができると考えた。【０００９】
本発明は、発明者らの新たな知見によるものであり、本発明に係る溶接用センサ装置は、溶接されるワークの表面からの光を検出光として検出する検出部を少なくとも備え、前記検出部で検出された前記検出光により、前記ワークの状態または前記検出部から前記ワークまでの距離を測定するためのセンサユニットと、前記センサユニットを収容するとともに、前記検出部へ向かう検出光が通過する少なくとも１つの通過部が形成されたケース本体と、前記検出光を透過する保護プレートを有し、前記通過部を前記保護プレートで覆うように、前記ケース本体に取付けられた保護カバーと、を備えた溶接用センサ装置であって、前記保護カバーには、前記保護プレートに吹き付けるための気体を流すガス流路が形成され、前記ガス流路には、前記検出光が通過するとともに、前記ガス流路を流れた気体を、放出する放出口が形成されており、前記ガス流路には、前記保護カバーと前記ケース本体との間に、前記ガス流路を流れる気体を蓄圧する蓄圧室が形成されており、前記蓄圧室には、前記放出口に気体が流れるように、気体を流出させる通気孔が形成されていることを特徴とする。【００１０】
本発明によれば、蓄圧室を形成することにより、保護カバーとケース本体との間に形成されたガス流路内の気体の圧力を安定させることができる。これにより、通気孔から流出した気体を、蓄圧室により安定した圧力で、検出光が通過する放出口から放出することができるため、センサユニットの計測精度のばらつきを抑えることができる。保護カバーに気体を安定して吹き付けることができるので、保護カバーにダストなどの異物が付着することを安定的に抑えることができる。なお、本発明でいう、「ワークの状態」とは、溶接前または溶接後のワークの形状、もしくは、ワークに形成された溶融状態の溶接部（溶融池）の溶融状態またはその溶接部の形状等を含むものである。【００１１】
ここで、通気孔は、放出口に気体が流れるように、気体を流出させることができるのであれば、その位置および個数は特に限定されるものではないが、より好ましい態様としては、前記保護カバーは、前記保護プレートと前記保護プレートを保持する保持部材とを備えており、前記通気孔は、前記蓄圧室の両側において、前記保護プレートと前記保持部材との間に形成されている。【００１２】
この態様によれば、蓄圧室の両側において、一対のスリットを設けたことにより、対向する側から、気体を保護プレートにより均一に吹き付けることができるとともに、吹き付けられた気体を安定して放出することができる。【００１３】
ここで、上述した効果を期待することができるのであれば、通気孔の形状および個数は、特に限定されるものではないが、より好ましい態様としては、前記通気孔は、スリットである。通気孔をスリットにしたことにより、スリットが気体の流れに対する絞りとなって、蓄圧室内の圧力を一定に保つことができ、さらに、スリットから帯状に流速を高めた気体が放出される。【００１４】
ここで、スリットを通過した気体が、保護プレートに向かうのであれば、ガス流路の形状は特に限定されるものではない。しかしながら、より好ましい態様としては、前記スリットよりも下流側において(すなわち、前記ワーク側において)、前記スリットに対向する前記ガス流路の壁面には、前記スリットから流出した気体が、前記保護プレートに向かうように、気体を案内する案内溝が形成されている。【００１５】
この態様によれば、スリットを通過した気体が、案内溝により案内され、レーザ光が投光される側（ワーク側）から保護プレートに気体を吹き付けることができる。【００１６】
ここで、通気孔から気体を安定して流し出すことができるのであれば、蓄圧室の形状は特に限定されるものではない。しかしながら、より好ましい態様としては、前記保護カバーは、前記保護プレートと前記保護プレートを保持する保持部材とを備えており、前記ガス流路には、前記蓄圧室に気体を導入する導入流路が形成されており、前記蓄圧室は、前記保持部材と前記ケース本体との間において、前記導入流路からの気体が導入される第１蓄圧室と、前記保護プレートと前記ケース本体との間において、前記第１蓄圧室から流入する気体を前記通気孔から流出させる第２蓄圧室とを有しており、前記第１蓄圧室と前記第２蓄圧室との間には、前記第１蓄圧室から前記第２蓄圧室に流れる気体の流量を絞る絞り部が形成されている。【００１７】
この態様によれば、絞り部を設けることにより、第１蓄圧室で蓄圧された気体を、第２蓄圧室に流すことができるので、スリットが形成された第２蓄圧室の圧力をより安定させることができる。この結果、スリットから安定した気体を流出させることができる。【００１８】
また、第２蓄圧室に向かう気体の圧力を、第１蓄圧室で安定させることができるのであれば、第１蓄圧室の形状は、特に限定されるものではない。しかしながら、より好ましい態様としては、前記第１蓄圧室には、前記導入流路に沿った両側に延在した１対の空間が形成されている。さらに好ましい態様としては、前記第１蓄圧室に形成された各空間には、前記導入流路に沿って、前記空間を仕切る少なくとも１つの仕切り壁が形成されている。【００１９】
この態様によれば、導入流路に沿った両側に１対の空間を形成するので、導入流路から流入した気体が、第１蓄圧室で均一に流れ、第１蓄圧室の圧力をより安定させることができる。特に、導入流路に沿って、空間を仕切る仕切り壁を設けたので、第１蓄圧室の気体の流れが安定し、第１蓄圧室の圧力をより早期に安定させることができる。【００２０】
さらに、蓄圧室に気体を導入することができるのであれば、導入流路の形状および位置は特に限定されるものではない。しかしながら、より好ましくは、前記通気孔は、前記保護プレートの両側において、前記保護プレートと前記保持部材との間に形成されており、前記導入流路は、前記保護プレートの両側に形成された通気孔同士の中央に向かって気体が導入されるように形成されている。【００２１】
これにより、蓄圧室に流れ込んだ気体を保護プレートの両側に形成された一対のスリットに均一に流すことができる。この結果、対向するスリットから、保護プレートに気体を均一に吹き付けることができる。【００２２】
より好ましい態様としては、前記ケース本体には、前記センサユニットを冷却するための気体を流す第１ガス流路が形成されており、前記保護プレートに吹き付けるための気体を流す前記ガス流路は、前記第１ガス流路に連通し、前記保護プレートの近傍から気体が放出されるように気体を流す第２ガス流路であり、前記ケース本体には、前記第１ガス流路に気体を供給するガス供給口と、前記第１ガス流路に供給された気体を前記ケース本体から前記溶接用センサ装置の外部に排出するガス排出口と、が形成されている。【００２３】
この態様によれば、ケース本体のガス供給口から供給された気体は、第１ガス流路を流れるので、溶接時にケース本体に収容されたセンサユニットを冷却することができる。また、第２ガス流路は、第１ガス流路と連通しているので、第２ガス流路にも、供給された気体が流れ、保護プレートの近傍から放出される。これにより、溶接時に発生するヒューム等が、保護プレートに向かって流れ込むことを防止することができる。【００２４】
ここで、ケース本体のガス供給口から供給される気体の圧力が高い場合、すなわち、気体が余剰に供給された場合、第１ガス流路に供給された余剰な気体をガス排出口から溶接用センサ装置の外部に排出することができる。これにより、保護カバーから気体を安定して放出することができる。このような結果、センサユニットによる安定した計測および安定した溶接を行うことができる。【００２５】
ここで、ケース本体に、第１ガス流路、ガス供給口、およびガス排出口を形成することができるのであれば、例えば、ガス供給口から供給された気体は、センサユニットが収容されたケース本体の収容空間内に流入後、第１ガス流路に供給されるような構造であってもよい。しかしながら、より好ましい態様としては、前記第１ガス流路は、前記ガス供給口と前記ガス排出口とに接続されており、前記第１ガス流路から分岐するように、前記第２ガス流路が連通している。【００２６】
この態様によれば、ケース本体のガス供給口から供給された気体は、第１ガス流路を流れて、ガス排出口から排出されるので、供給される気体にダスト、オイル等が含まれていたとしても、センサユニットに付着することはない。さらに、第１ガス流路から分岐するように、第２ガス流路が連通しているため、第２ガス流路には、比較的冷たい気体が供給されるので、溶接時の保護カバーの温度上昇を抑えることができる。【００２７】
ここで、ケース本体の第１ガス流路に気体を供給し、供給した気体を排出することができるのであれば、ガス供給口とガス排出口の位置は、特に限定されるものではない。しかしながら、より好ましい態様としては、前記溶接用センサ装置に対して、前記ワークを溶接する側の前記ケース本体の表面を前記ケース本体の前面とし、その反対側の表面を前記ケース本体の背面としたときに、前記ガス供給口は、前記ケース本体の前面側に形成され、前記ガス排出口は、前記ケース本体の背面側に形成されている。【００２８】
この態様によれば、ガス供給口から供給された気体により、溶接時に加熱され易いケース本体の前面を効果的に冷却することができる。ケース本体の前面からの熱により加熱された気体は、ケース本体の背面側に流れ、ガス排出口から排出することができる。これにより、ケース本体に収容されたセンサユニットが、溶接時に昇温されることを抑制することができる。【００２９】
上述したように、第１ガス流路は、気体によりケース本体を効率的に冷却することができるのであれば、その構造は特に限定されるものではない。しかしながら、より好ましい態様としては、前記ケース本体は、前記センサユニットを収容するとともに、前記通過部が形成された筐体と、前記筐体の外壁面を覆うカバーとを備えており、前記筐体の外壁面および前記外壁面に面した前記カバーの表面の少なくとも一方には、前記第１ガス流路の形状に応じたサーペンタイン形状の溝部が形成されており、前記カバーで前記筐体の外壁面を覆うことにより、前記第１ガス流路の少なくとも一部が形成される。【００３０】
この態様によれば、筐体とカバーとの間に、サーペンタイン形状の第１ガス流路を形成するので、ケース本体をより均一に冷却することができる。また、第１ガス流路に、気体に含まれるダストまたはオイル等が付着したとしても、センサユニットを筐体から取り外すこと無く、カバーを筐体から取り外すことにより、簡単に清掃およびメンテナンスを行うことができる。【００３１】
ここで、第２ガス流路に流れる気体の流量を調節することができるのであれば、例えば、第１ガス流路のガス排出口の近傍に、絞り部材を設けても良いが、より好ましい態様としては、前記第１ガス流路と前記第２ガス流路が連通する部分には、前記第２ガス流路に流れ込む気体の流量を絞る絞り部材が配置されている。【００３２】
この態様によれば、第１ガス流路と第２ガス流路とが連通する部分に、絞り部材を配置することにより、第１ガス流路から、安定した流量の気体を、第２ガス流路に流し込むことができる。【００３３】
また、絞り部材のより好ましい態様としては、前記絞り部材には、断面積の異なる複数の開口が形成されており、前記第１ガス流路と前記第２ガス流路が連通する部分には、前記複数の開口のうち１つの開口を選択して、選択した開口に気体を通過するように、前記絞り部材を収容する収容部が形成されている。【００３４】
この態様によれば、絞り部材に形成された異なる断面積の複数の開口のうち、１つの開口を選択し、この開口を介して第１ガス流路からの気体を第２ガス流路に流すことができる。これにより、１つの絞り部材で、第２ガス流路に流し込む気体を、選択する開口の断面積に応じて、調整することができる。【００３５】
保護カバーから上述した如く気体を放出することができるのであれば、第２ガス流路の気体の流れる向きは特に限定されるものではないが、より好ましい態様としては、前記溶接用センサ装置に対して、前記ワークを溶接する側の前記保護カバーの表面を前記保護カバーの前面とし、その反対側の表面を前記保護カバーの背面としたときに、前記第２ガス流路は、前記保護カバーの前面側から背面側に流れるように、形成されている。【００３６】
この態様によれば、第２ガス流路に流れ込んだ気体により、溶接時に加熱され易い保護カバーの前面側を効果的に冷却することができる。保護カバーの前面からの熱により加熱された気体は、保護カバーの背面側に流れ、保護プレート近傍から放出される。これにより、保護カバーが、溶接時に昇温されることを抑制することができる。特に、第２ガス流路に、前記保護カバーの前面に沿って延在した冷却用の流路が形成されていれば、加熱され易い保護カバーの前面を効率的に冷却することができる。【００３７】
ここで、冷却用の流路により、保護カバーを効率良く冷却することができるのであれば、第２ガス流路の構造は、特に限定されるものではないが、より好ましい態様としては、第２ガス流路には、前記保護カバーと前記ケース本体との間に、前記第２ガス流路を流れる気体を蓄圧する蓄圧室と、前記冷却用の流路から、前記蓄圧室に気体を流入する導入流路と、がさらに形成されており、前記導入流路の近傍の前記蓄圧室には、複数のフィンが形成されている。【００３８】
この態様によれば、冷却用の流路から蓄圧室に伝わる熱を、ガス流路に形成されたフィンで放熱し、フィンで放熱された熱を、第２ガス流路を流れる気体によって、溶接用センサ装置の外部に放出することができる。この結果、保護カバーの温度が上がり難く、センサユニットが加熱され難い。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、ケース本体から供給される気体を安定して保護カバーから放出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態に係る溶接装置に取付けられた状態の溶接用センサ装置の模式的側面図である。
【図２】図１に示す溶接用センサ装置を一方側から視た模式的斜視図である。
【図３】図１に示す溶接用センサ装置を他方側から視た模式的斜視図である。
【図４】図３に示す溶接用センサ装置の模式的分解斜視図であり、ケース本体のカバーを取り除いた状態の模式的斜視図である。
【図５】図４に示す溶接用センサ装置のケース本体を底面側から視た模式的斜視図である。
【図６】図４に示す保護カバーの分解斜視図である。
【図７】図４に示す保護カバーを含む部分の拡大図である。
【図８】図４に示すケース本体を取り除いた状態の溶接用センサ装置の平面図である。
【図９】図８の矢視におけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図１０】図８の矢視におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図１１Ａ】図８の矢視におけるＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【図１１Ｂ】図８の矢視におけるＤ−Ｄ線に沿った断面図である。
【図１２】図１に示す溶接用センサ装置の遮蔽部材の分解斜視図である。
【図１３】図９に示す遮蔽部材を取り除いた状態の溶接用センサ装置の底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下に、本発明の実施形態に係る溶接用センサ装置（以下、センサ装置という）を図１〜図１３を参照しながら詳述する。
【００４２】
１．センサ装置１の取付け状態とセンサ装置１の全体構成について
図１に示すように、本実施形態に係るセンサ装置１は、取付け用治具８を介して、溶接装置９に取付けられている。溶接装置９の溶接トーチ９１には、溶接用ワイヤ９３が供給され、溶接の際には、溶接トーチ９１から送られる溶接用ワイヤ９３の先端と、ワークＷとの間に電圧を印加することにより、これらの間にアークＡを発生させる。これにより、溶接用ワイヤ９３およびワークＷを溶融するとともに、ワークＷに溶融池Ｐが生成され、ワークＷの溶接を行うことができる。ワークＷに溶融池Ｐを形成しつつ、図１に示す矢印の方向に溶接装置９が移動し、ワークＷ同士に溶接部（ビード）Ｂを形成する。なお、図１では、便宜的にワークＷを１つのワークとして描いているが、２つ以上のワーク同士に対して突合せ溶接、すみ肉溶接、重ね溶接等するものであり、溶接方法は、特に限定されるものではない。また、本実施形態では、ワーク同士の溶接を溶接用ワイヤを用いたアーク溶接に特定しているが、この他にも、たとえば、ＴＩＧ溶接、電子ビーム溶接、レーザビーム溶接、ガス溶接等の他の溶接であってもよい。
【００４３】
溶接装置９により、ワークＷに対して安定した溶接を行うためには、溶接トーチ９１とワークＷとの距離または、ワークＷの形状を、測定することは重要である。そこで、本実施形態では、その一例としてセンサ装置１で、ワークＷとの形状またはワークＷまでの距離を測定する。
【００４４】
図１に示すように、本実施形態に係るセンサ装置（センサヘッド）１は、センサユニット２と、センサユニット２を収容する収容体３Ａとを備えている。本実施形態では、収容体３Ａは、保護カバー４０が取付けられた収容ケース（収容部）３と、収容ケース３に取付けられた遮蔽部材（遮蔽部）５およびガイド部材（ガイド部）６、を備えている。本実施形態では、収容ケース３と、遮蔽部材５と、ガイド部材６とは、分離可能な部材であるが、これらが一体化した構造であってもよい。また、必要に応じて、収容体３Ａを構成する遮蔽部材５とガイド部材６とを省略してもよい。
【００４５】
２．センサユニット２について
センサユニット２は、検出されたレーザ光（検出光）Ｌ２により、ワークＷの形状または（センサユニット２から）ワークＷまでの距離を測定するための装置である。本実施形態では、センサユニット２は、その一例として、溶接されるワークＷの表面にレーザ光Ｌ１を投光する投光部２１と、ワークの表面から反射したレーザ光Ｌ２を検出する検出部２２と、を備えている。投光部２１は、レーザ光を発生させるレーザ光源２１ｂと、レーザ光源２１ｂから発生したレーザ光Ｌ１を、ワークＷに投光（投射）する投光装置（光学系）２１ａと、を備えている。
【００４６】
検出部２２は、投光装置２１ａから投光されたレーザ光Ｌ１が、ワークＷの表面から反射したレーザ光Ｌ２を受光する受光装置（光学系）２２ａと、受光装置２２ａから送られたレーザ光Ｌ２を検出する検出装置２２ｂと、を備えている。受光装置２２ａは、検出装置２２ｂに受光したレーザ光Ｌ２を送り、検出装置２２ｂは、例えば撮像装置（カメラ）であり、レーザ光Ｌ２を検出し、検出したレーザ光Ｌ２のデータを、センサ装置外部またはセンサ装置内部の画像処理装置（図示せず）に送信する。画像処理装置では、ワークＷの形状（状態）またはセンサユニット２（具体的にはレーザ光源２１ｂ）からワークＷまでの距離が測定され、例えば、測定された距離から、溶接トーチ９１とワークＷとの距離が換算される。
【００４７】
なお、本実施形態では、センサユニットの一例として、投光部２１を検出部２２とを備えたセンサユニット２を示したが、例えば、投光部を別ユニットとして、これを溶接用センサ装置１の外部に設け、センサユニット２の投光部２１を省略してもよい。この場合には、溶接用センサ装置１は、投光部２１を有しないので、後述する投光用の各部位（例えば、後述するケース本体３０の投光用通過部３６ａ、保護プレート４４の投光用保護部４４ａなど）を省略することができる。
【００４８】
また、本実施形態では、センサユニット２は、レーザ光Ｌ１、Ｌ２を利用して、ワークＷの状態（形状）または検出部２２からワークＷまでの距離を測定したが、例えば、レーザ光を利用せず、溶接時にワークＷの例えば溶融池Ｐから発生した光、または、外部の光源等からワークＷに反射した光を検出光として検出してもよい。この場合も、本実施形態で示した、センサユニット２の投光部２１が省略され、検出部は、ワークＷの表面に向かう検出光を受光する受光装置（光学系）と、受光装置から送られた検出光を検出する撮像装置（カメラ）とを少なくとも備えればよい。溶接用センサ装置１は、投光部２１を有しないので、後述する投光用の各部位を省略することができる。検出した検出光のデータは、センサ装置外部またはセンサ装置内部の画像処理装置（図示せず）に送信され、ワークＷの状態（例えば溶融池Ｐの溶融状態等）を測定することができる。この測定したワークＷの状態から、溶接時の溶接トーチ９１から送られる溶接用ワイヤ９３の先端と、ワークＷとの間に印加される電圧を制御してもよい。
【００４９】
３．収容ケース３について
収容ケース３は、センサユニット２を収容するとともに、投光部２１から発するレーザ光Ｌ１および検出部２２へ向かうレーザ光Ｌ２が通過する通過部（具体的には図５の投光用通過部３６ａおよび検出用通過部３６ｂ参照）が形成されている。通過部は、レーザ光Ｌ１およびＬ２を透過させることができれば、例えば、開口した状態のものであってもよく、開口部が、レーザ光Ｌ１およびＬ２が透過可能な材料（例えば、透明な樹脂またはガラスなど）に覆われていてもよい。本実施形態では、収容ケース３は、ケース本体３０と、保護カバー４０と、を備えている（図４参照）。
【００５０】
３−１．ケース本体３０について
本実施形態では、ケース本体３０は、センサユニット２を収容するための組立体である。図２および図３に示すように、ケース本体３０は、センサユニット２を収容する凹部（図示せず）を有した筐体３１の両側に、カバー３２ａ、３２ｂがネジなどの締結具７１を介して被着されている。一方側のカバー３２ａは、上述したセンサユニット２が収容された凹部を覆うものである。図４および図５に示すように、他方側のカバー３２ｂは、筐体３１を覆うことによりケース本体３０にサーペンタイン形状の第１ガス流路３５を形成する。第１ガス流路３５に、気体を供給することにより、ケース本体３０内のセンサユニット２を冷却し、溶接時のセンサユニット２の昇温を低減することができる。なお、図４および図５では、カバー３２ｂを取り外した状態のケース本体３０を示している。
【００５１】
ここで、第１ガス流路３５に供給される気体としては、エア（大気）、ヘリウムガス、アルゴンガス、窒素ガス、二酸化炭素ガス、および、これらの気体を混合した気体等を挙げることができ、溶接時に溶接用センサ装置１を冷却することができ、ワークＷの溶接部に対し化学的に安定した気体であることがより好ましく、たとえば、溶接用のシールドガスの供給源（図示せず）からの気体を利用してもよい。
【００５２】
ケース本体３０の上面には、センサユニット２からの検出信号の出力等を行うための接続端子３７ａ、センサユニット２への電力の供給、センサユニット２への制御信号の入力等を行うための接続端子３７ｂが、設けられている。さらに、ケース本体３０の上面には、第１ガス流路３５およびに保護カバー４０に気体を供給するガス供給口３７ｃと、第１ガス流路３５から気体を排出するガス排出口３７ｅと、が設けられている。この他にも、センサユニット２の電源のＯＮ、ＯＦＦ等の状態を表示するランプ３７ｄが設けられている。
【００５３】
図５に示すように、ケース本体３０には、センサユニット２を収容した状態で、通過部として、投光部２１からのレーザ光Ｌ１が通過する投光用通過部３６ａと、検出部２２へのレーザ光Ｌ２が通過する検出用通過部３６ｂと、が形成されている。なお、ケース本体３０には、後述するカートリッジ４１の有無を確認するためのセンサ（図示せず）の検出用の窓３６ｃが形成されている。本実施形態では、ケース本体３０に、投光用通過部３６ａと検出用通過部３６ｂとが個別に形成されているが、センサユニット２による検出精度を確保することができるのであれば、投光用通過部３６ａと検出用通過部３６ｂとが連続して形成されていてもよい。本実施形態では、投光用通過部３６ａと検出用通過部３６ｂは、円形状の開口部に、レーザ光Ｌ１、Ｌ２を透過する円板状プレートが配置された部分である。
【００５４】
３−２．保護カバー４０について
保護カバー４０は、収容ケース３の一部を構成するものであり、保護プレート４４を有している。保護カバー４０は、投光用通過部３６ａと検出用通過部３６ｂを保護プレート４４で覆うように、ケース本体３０の底面側から貫通孔４５ｄに挿通したネジなどの締結具７２により取付けられている（図１０および図１１等参照）。より具体的には、図６に示すように、保護カバー４０は、保護プレート４４を備えたカートリッジ４１と、カートリッジ４１を着脱自在に保持するホルダ４５とを備えており、ホルダ４５は、底面側から締結具７２によりケース本体３０に取付けられている。
【００５５】
保護カバー４０を構成するホルダ４５は、ホルダ本体４５ａと、シール材４５ｂと、を備えている。ホルダ本体４５ａには、ケース本体３０に形成された第１ガス流路３５から、保護カバー４０とケース本体３０との間に気体が流れるように第２ガス流路４７が形成されている。シール材４５ｂは、ホルダ本体４５ａとケース本体３０との間に形成された第２ガス流路４７を流れる気体の漏出を防止する部材であり、可撓性を有したゴムまたは樹脂等のシート材からなる。
【００５６】
さらに、ホルダ本体４５ａおよびシール材４５ｂには、貫通孔４５ｃ、４５ｄが形成されている。貫通孔４５ｃ、４５ｄには、リング状のスペーサ４５ｆが挿入されている。スペーサ４５ｆは、ホルダ本体４５ａの貫通孔４５ｃが形成された周りに着座するように配置されている。このように、４つのスペーサ４５ｆをホルダ本体４５ａの貫通孔４５ｄに着座させ、これらをシール材４５ｂの貫通孔４５ｃに挿通させることにより、シール材４５ｂを適正な位置に配置することができる。このような結果、保護カバー４０とケース本体３０との間のシール材４５ｂの位置ずれにより、これらの間に形成された第２ガス流路４７のシール性が低下することを回避することができる。なお、ホルダ４５は、ボルトなどの締結具７２をスペーサ４５ｆの内部に挿通した状態で、締結具７２によりケース本体３０に取付けられる。また、シール材４５ｂには、ケース本体３０に形成された第１ガス流路３５から、保護カバー４０とケース本体３０との間に形成された第２ガス流路４７に、気体を流すための連通孔４５ｅが形成されている。
【００５７】
スペーサ４５ｆは、ケース本体３０および保護カバー４０の材料よりも、熱伝導率が低い材料からなることが好ましく、例えば、ケース本体３０および保護カバー４０が金属材料である場合、スペーサ４５ｆは、セラミックス材料からなる。さらにスペーサ４５ｆの材料も、保護カバー４０およびケース本体３０よりも熱伝導率が低い材料からなるので、保護カバー４０からスペーサ４５ｆを介してケース本体３０に伝わる熱を低減することができる。
【００５８】
図６に示すように、ホルダ本体４５ａには、凸部４９ａが形成されるように屈曲した板バネ４９が取付けられており、板バネ４９の凸部４９ａが、カートリッジ４１の凹部４１ａに係合することにより、カートリッジ４１をホルダ４５に保持することができる。一方、カートリッジ４１の把持部４１ｂを把持し、カートリッジ４１をホルダ４５から引き抜く際には、板バネ４９が弾性変形するので、カートリッジ４１の凹部４１ａと板バネ４９の凸部４９ａの係合を簡単に解除することができる。
【００５９】
カートリッジ４１は、保護プレート４４を備えており、保護プレート４４は、クリップ４１ｃにより、カートリッジ本体４２から取り外し自在に、カートリッジ本体４２に保持されている。保護プレート４４は、レーザ光Ｌ１、Ｌ２を透過する透明な材料が好ましく、その材料としては、例えばガラス、樹脂等を挙げることができる。保護プレート４４は、投光用通過部３６ａを覆う投光用保護部４４ａと、検出用通過部３６ｂを覆う検出用保護部４４ｂと、を備えており、これらの間には、アルミ箔などの金属膜が形成された被覆部４４ｃを備えている。被覆部４４ｃを設けることにより、カートリッジ４１に保護プレート４４が配置されていることを簡単に視認することができる。
【００６０】
本実施形態では、カートリッジ４１を装着した状態で、ケース本体３０の投光用通過部３６ａおよび検出用通過部３６ｂには保護プレート４４の投光用保護部４４ａおよび検出用保護部４４ｂがそれぞれ覆われている。これにより、溶接時に発生するヒューム等が、投光用通過部３６ａおよび検出用通過部３６ｂに侵入することを抑えることができる。
【００６１】
４．ガス流路について
４−１．第１ガス流路３５について
上述したように、本実施形態では、図４に示すように、ケース本体３０には、センサユニット２を冷却するための気体を流す第１ガス流路３５が形成されている。保護カバー４０には、第１ガス流路３５に連通し、保護プレート４４の近傍から、ワークＷ側（下方）に気体が放出されるように気体を流す第２ガス流路４７が形成されている。ケース本体３０には、第１ガス流路３５に気体を供給するガス供給口３７ｃと、第１ガス流路３５に供給された気体をケース本体３０から溶接用センサ装置１の外部に排出するガス排出口３７ｅと、が形成されている。
【００６２】
ケース本体３０のガス供給口３７ｃから供給された気体は、第１ガス流路３５を流れ、溶接時にケース本体３０に収容されたセンサユニット２を冷却することができる。このような結果、センサ装置１内の部品の耐熱温度を下げることができるため、センサ装置１に、耐熱温度の低い比較的安価な材料を使用することができる。また、センサ装置１内に遮熱性のみを目的とした部品の配置を省略することができ、ケース本体３０内における放熱空間を抑えることができるため、ケース本体３０のサイズを小さくすることができる。溶接時にセンサ装置１がワークなど他の部材等に機械的に干渉することを抑えることができる。また、第２ガス流路４７は、第１ガス流路３５と連通しているので、第２ガス流路４７にも、供給された気体が流れ、保護プレート４４の近傍から放出される。これにより、溶接時に発生するヒューム等が、保護プレート４４に流れ込むことを防止することができる。
【００６３】
ここで、ケース本体３０のガス供給口３７ｃから供給される気体の圧力が高い場合、すなわち、気体が余剰に供給された場合、第１ガス流路３５に供給された余剰な気体をガス排出口３７ｅから排出することができる。これにより、保護カバー４０から気体を安定して放出することができる。このような結果、センサユニット２による安定した計測および安定した溶接を行うことができる。
【００６４】
ここで、第１ガス流路３５は、センサユニット２を冷却することができるのであれば、後述する第１冷却流路３５ａを形成せず、ガス供給口３７ｃから、ケース本体３０の内部に、気体を供給し、供給された気体をセンサユニット２に直接的に吹き付けてもよい。しかしながら、本実施形態では、好ましい態様として、図４および図５に示すように、第１ガス流路３５は、その両端においてガス供給口３７ｃとガス排出口３７ｅとに接続されており、第１ガス流路３５の途中から分岐するように、第２ガス流路４７が連通している。
【００６５】
具体的には、本実施形態では、第１ガス流路３５は、ガス供給口３７ｃから、ケース本体３０の前面３０ａ側の内部（前面３０ａを形成する壁部内）に形成された第１冷却流路３５ａを備えている。第１ガス流路３５は、第１冷却流路３５ａの途中から、分流口３５ｂにおいて分流した第２冷却流路３５ｄを備えている。第２冷却流路３５ｄは、筐体３１の外壁面（側面）３５ｇに形成されたサーペンタイン形状の溝部３５ｅをカバー３２ｂで覆うことにより形成される。なお、第１冷却流路３５ａは、ケース本体３０の連通口３５ｃにおいて、第２ガス流路４７に連通している。さらに、第２冷却流路３５ｄは、ケース本体３０の背面３０ｂを形成する壁部内に形成された第３冷却流路３５ｆに連通し、第３冷却流路３５ｆは、ガス排出口３７ｅに連通している。このようにして、第１ガス流路３５は、センサユニット２が収容されている空間に直接的に連通していないので、第１ガス流路３５の気体は、センサユニット２に吹き付けられることはない。
【００６６】
これにより、ケース本体３０のガス供給口３７ｃから供給された気体は、センサユニット２が収容された空間には流れず、第１ガス流路３５を流れて、ガス排出口３７ｅから排出されるので、供給される気体にダスト、オイル等が含まれていたとしても、センサユニット２に付着することはない。さらに、第１ガス流路３５から分岐するように、第２ガス流路４７が連通しているため、第２ガス流路４７には、比較的冷たい気体が供給される。この結果、溶接時の保護カバー４０の温度上昇を抑えることができる。
【００６７】
図２〜図５に示すように、ケース本体３０には、センサ装置１に対して、ワークＷを溶接する側の表面を前面３０ａとし、その反対側の表面をケース本体３０の背面３０ｂとした表面が形成されている。ここで、ガス供給口３７ｃとガス排出口３７ｅとが形成される位置は、センサユニット２を効率良く冷却できるのであれば、その位置は特に限定されるものではない。本実施形態では、好ましい態様として、ガス供給口３７ｃは、ケース本体３０の前面３０ａ側に形成され、ガス排出口３７ｅは、ケース本体３０の背面３０ｂ側に形成されている。
【００６８】
これにより、ガス供給口３７ｃから供給された気体は、溶接時に加熱され易いケース本体３０の前面３０ａを効果的に冷却することができる。ケース本体３０の前面３０ａからの熱により加熱された気体は、ケース本体３０の背面３０ｂ側に流れ、ガス排出口３７ｅから排出することができる。これにより、ケース本体３０に収容されたセンサユニット２が、溶接時に昇温されることを抑制することができる。
【００６９】
ここで、例えば、第１ガス流路３５を通過する気体でケース本体３０内を冷却することができるのであれば、例えば、第１ガス流路３５は、ガス供給口３７ｃおよびガス排出口３７ｅに接続されたチューブにより形成されてもよい。しかしながら、本実施形態では、上述したように、より好ましい態様として、ケース本体３０は、筐体３１の外壁面には、第１ガス流路３５の第２冷却流路３５ｄの形状に応じたサーペンタイン形状の溝部３５ｅが形成されており、カバー３２ｂで筐体３１の溝部３５ｅを覆うことにより、第１ガス流路３５の第２冷却流路３５ｄが形成されている。本実施形態では、カバー３２ｂの表面のうち、筐体３１の外壁面３５ｇに接触する部分には、シール材３２ｃが配置されている。なお、本実施形態では、サーペンタイン形状の溝部３５ｅを、筐体３１側に設けたが、たとえば、筐体３１の外壁面３５ｇおよび外壁面３５ｇに面したカバー３２ｂの表面の少なくとも一方に、第２冷却流路３５ｄの形状に応じたサーペンタイン形状の溝部が形成されていればよい。
【００７０】
このようにして、本実施形態では、筐体３１とカバーとの間に、サーペンタイン形状の第２冷却流路３５ｄを形成するので、ケース本体３０をより均一に冷却することができる。また、第２冷却流路３５ｄに、気体に含まれるダストまたはオイル等が付着したとしても、センサユニット２を筐体３１から取り外すこと無く、カバー３２ｂを筐体３１から取り外すことにより、簡単に清掃およびメンテナンスを行うことができる。
【００７１】
４−２．絞り部材４３について
ここで、第２ガス流路４７に所望の流量の気体が流すため、例えば、ガス供給口３７ｃまたはガス排出口３７ｅに、流量調整弁を設けてもよい。しかしながら、本実施形態では、より好ましい態様として、図７に示すように、本実施形態では、第１ガス流路３５と第２ガス流路４７が連通する部分には、第２ガス流路４７に流れ込む気体の流量を絞る絞り部材４３が配置されている。より具体的には、絞り部材４３は、第２ガス流路４７の最上流に形成された収容部４７ｄに収容されている。これにより、第１ガス流路３５から、安定した流量の気体を、第２ガス流路４７に流し込むことができる。
【００７２】
ここで、絞り部材４３は、より好ましい態様として、対向する一対の板状部４３ａ、４３ｂと、これらを一端側で連結する連結部４３ｃにより形成されており、各板状部４３ａ、４３ｂには、断面積の異なる２つの開口４３ｄ、４３ｅが形成されている。第１ガス流路３５と第２ガス流路４７が連通する収容部４７ｄは、２つの開口４３ｄ、４３ｅのうち１つの開口４３ｄ（４３ｅ）を選択して、選択した開口４３ｄ（４３ｅ）に気体を通過するように、絞り部材４３を収容可能な形状となっている。具体的には、本実施形態では、対向する一対の板状部４３ａ、４３ｂの位置を反転することにより、２つの開口４３ｄ，４３ｅのうち１つの開口４３ｄ（４３ｅ）を選択することができる。
【００７３】
このようにして、図９に示すように、１つの絞り部材４３で、第１冷却流路３５ａを流れる気体は、絞り部材４３の開口４３ｄを通過し、板状部同士４３ａ、４３ｂの間の空間４３ｆを通過して、第２ガス流路４７に流し込むことができる。この際、２つの開口４３ｄ，４３ｅのうち１つの開口４３ｄ（４３ｅ）を選択することができるので、第２ガス流路４７に流し込む気体を、選択する開口４３ｄ（４３ｅ）の断面積に応じて、調整することができる。なお、本実施形態では、絞り部材４３に断面積の異なる２つの開口を形成したが、複数の開口のうち１つの開口を選択することができるのであれば、その個数は限定されるものではない。
【００７４】
４−３．第２ガス流路４７（ガス流路）について
本実施形態では、その好ましい態様として、第１ガス流路３５に連通する第２ガス流路４７は、保護カバー４０とケース本体３０との間に形成されており、保護カバー４０の前面４０ａ側から背面４０ｂ側に流れるように、形成されている（図８および図１０参照）。第１ガス流路３５から第２ガス流路４７に流れ込んだ気体は、溶接時に加熱され易い保護カバー４０の前面４０ａ側を効果的に冷却することができる。保護カバー４０の前面４０ａからの熱により加熱された気体は、保護カバー４０の背面４０ｂ側に流れ、保護プレート４４近傍から放出される。これにより、保護カバー４０が、溶接時に昇温されることを抑制することができる。
【００７５】
第２ガス流路４７には、より好ましい態様として、保護カバー４０の前面４０ａに沿って延在した冷却用の流路４７ｅが形成されている。これにより、加熱され易い保護カバー４０の前面４０ａを効率的に冷却することができる。
【００７６】
第２ガス流路４７には、冷却用の流路４７ｅよりも下流に、蓄圧室４７ａが形成されている。蓄圧室４７ａは、上述した如く、保護カバー４０とケース本体３０との間に形成されている。蓄圧室４７ａを形成することにより、カートリッジ４１とケース本体３０との間に形成された空間において、第２ガス流路４７内の気体の圧力を安定させることができる。
【００７７】
蓄圧室４７ａには、気体を流出させるスリット（通気孔）４７ｂが形成されている。これにより、蓄圧室４７ａからスリット４７ｂを介して絞られた気体を、蓄圧室４７ａにより安定した圧力で流出することができる。
【００７８】
ここで、保護プレート４４に向かって気体が流れるように、気体を流出させることができるのであれば、通気孔は、スリット４７ｂに限定されず、丸孔、長孔、矩形状の孔、または、これらが断続的に配列された孔などであってもよい。本実施形態では、通気孔をスリット４７ｂとしたので、スリット４７ｂが気体の流れに対する絞りとなって、蓄圧室４７ａ内の圧力を一定に保つことができ、さらに、スリット４７ｂから帯状に流速を高めた気体が放出される。
【００７９】
さらに、スリット（通気孔）４７ｂは、蓄圧室４７ａからの気体が保護プレート４４に吹き付けられた後、気体が外部に放出されるのであれば、その個数および位置は特に限定されるものではない。しかしながら、本実施形態では、より好ましい態様として、スリット４７ｂは、保護プレート４４を挟んだ蓄圧室４７ａの両側において、保護プレート４４とカートリッジ本体（保持部材）４２との間に、形成されている。
【００８０】
具体的には、スリット４７ｂは、保護プレート４４の投光用保護部４４ａを挟んだ位置と、検出用保護部４４ｂを挟んだ位置とに形成されている。このように、保護プレート４４を挟んだ蓄圧室４７ａの両側に、一対のスリット４７ｂ、４７ｂを設けたことにより、対向する側から、気体を投光用保護部４４ａおよび検出用保護部４４ｂのそれぞれにより均一に吹き付けることができる。ここで、本実施形態では、カートリッジ本体４２と、ホルダ４５とが、本発明でいう「保持部材」に相当する。
【００８１】
ここで、第２ガス流路４７には、蓄圧室４７ａの他に、冷却用の流路４７ｅから、蓄圧室４７ａに気体を導入する導入流路４７ｆと、がさらに形成されている（図６および図８参照）。冷却用の流路４７ｅは、導入流路４７ｆに連通しており、導入流路４７ｆの近傍の蓄圧室４７ａには、一方向に延在した複数のフィン（仕切り壁）４７ｍが形成されている。本実施形態では、より好ましい態様として、導入流路４７ｆから蓄圧室４７ａまでを構成する第２ガス流路４７は、保護カバー４０の前面４０ａ側から背面４０ｂ側に流れるように、形成されており、フィン４７ｍは、蓄圧室４７ａに、前面４０ａ側から背面４０ｂ側に向かって延在している。
【００８２】
これにより、冷却用の流路４７ｅから蓄圧室４７ａに伝わる熱は、蓄圧室４７ａに形成されたフィン４７ｍで放熱され、フィン４７ｍで放熱された熱は、第２ガス流路４７を流れる気体によって、センサ装置１の外部へ放出することができる。この結果、保護カバー４０の温度が上がり難く、センサユニット２が加熱され難い。
【００８３】
ここで、蓄圧室４７ａに導入される導入流路４７ｆは、保護プレート４４の両側に形成された一対のスリット４７ｂ，４７ｂ同士の中央に向かって気体が導入されるように形成されていることが好ましい。これにより、蓄圧室４７ａに流れ込んだ気体を保護プレート４４の両側に形成された一対のスリット４７ｂ、４７ｂに均一に流すことができる。これにより、対向するスリット４７ｂ、４７ｂから、保護プレート４４の投光用保護部４４ａおよび検出用保護部４４ｂに気体を均一に吹き付けることができる。
【００８４】
さらに、図８および図１０に示すように、蓄圧室４７ａは、上流側から順に、第１蓄圧室４７ｇと、第２蓄圧室４７ｈとを備えることがより好ましい。具体的には、第１蓄圧室４７ｇは、ホルダ４５とケース本体３０との間に形成されており、蓄圧室４７ａに気体を導入する導入流路４７ｆに接続されている。第２蓄圧室４７ｈは、カートリッジ４１とケース本体３０との間に形成されており、第２蓄圧室４７ｈには、スリット４７ｂが形成されている。
【００８５】
図１０に示すように、第１蓄圧室４７ｇと第２蓄圧室４７ｈとの間には、第１蓄圧室４７ｇから第２蓄圧室４７ｈに流れる気体の流量を絞る絞り部４７ｊが形成されている。この絞り部４７ｊを設けることにより、第１蓄圧室４７ｇで蓄圧された気体を、一旦、絞り部４７ｊで絞り、第２蓄圧室４７ｈに流すことができるので、スリット４７ｂが形成された第２蓄圧室４７ｈの圧力をより安定させることができる。この結果、スリット４７ｂから安定した気体を流出させることができる。
【００８６】
ここで、図８に示すように、第１蓄圧室４７ｇには、導入流路４７ｆに沿った両側に延在した１対の空間４７ｋが形成されていることが好ましい。特に、第１蓄圧室４７ｇに形成された各空間４７ｋには、導入流路４７ｆに沿って、空間４７ｋを仕切る仕切り壁（フィン）４７ｍが形成されていることがより好ましい。本実施形態では、仕切り壁４７ｍは、上述したフィン４７ｍと同一の部分であり、この部分は、２つの機能を有している。
【００８７】
このように、導入流路４７ｆに沿った両側に１対の空間４７ｋを形成するので、導入流路４７ｆから流入した気体が、第１蓄圧室４７ｇで均一に流れ、第１蓄圧室４７ｇの圧力をより安定させることができる。特に、導入流路４７ｆに沿って、空間４７ｋを仕切る仕切り壁４７ｍを設けたので、第１蓄圧室４７ｇの気体の流れが安定し、第１蓄圧室４７ｇ圧力をより早期に安定させることができる。仕切り壁４７ｍの個数および形状は、特に限定されるものではないが、各空間４７ｋに形成される仕切り壁４７ｍは、導入流路４７ｆを挟んで線対称となる構造であることがより好ましい。
【００８８】
また、第２ガス流路４７には、保護プレート４４に吹き付けられた気体が、レーザ光Ｌ１が投光される側に放出する放出口が形成されており、放出口はレーザ光が通過する。具体的には、本実施形態では、放出口は、カートリッジ４１をホルダ４５に装着した状態で、投光用保護部４４ａに吹き付けられた気体が放出される投光用放出口４８ａと、検出用保護部４４ｂに吹き付けられた気体が放出される検出用放出口４８ｂとで構成されている。投光用放出口４８ａは、気体と共にワークＷに投光されるレーザ光Ｌ１が通過し、検出用放出口４８ｂは、気体と共にワークから反射した検出用のレーザ光Ｌ２が通過する。これにより、スリット４７ｂから流出した気体を、蓄圧室４７ａにより安定した圧力で、レーザ光Ｌ１、Ｌ２が通過する投光用放出口４８ａおよび検出用放出口４８ｂから放出することができるため、センサユニット２の計測精度のばらつきを抑えることができる。
【００８９】
図１１Ａ、図１１Ｂに示すように、本実施形態では、より好ましい態様として、第２ガス流路４７は、スリット４７ｂから流出した気体が、レーザ光Ｌ１が投光される側（すなわちワークＷ側）から保護プレート４４に向かって流れるように形成されている。これにより、蓄圧室４７ａにより安定した圧力で、スリット４７ｂから流出した気体を、保護プレート４４に吹き付けることができる。この結果、保護プレート４４にダストなどの異物が付着することを安定的に抑えることができる。
【００９０】
本実施形態では、さらに好ましい態様として、図１１Ａおよび図１１Ｂに示すように、スリット４７ｂの下流には、気体Ｆの流れを案内する案内溝４７ｃが形成されている。案内溝４７ｃは、保護プレート４４よりも投光用放出口４８ａ側または検出用放出口４８ｂ側に流れた気体Ｆを、投光用保護部４４ａまたは検出用放出口４８ｂに向かって流れるように、形成された溝である。具体的には、案内溝４７ｃは、スリット４７ｂと対向するホルダ４５のホルダ本体４５ａの部分（第２ガス流路４７の壁面）に形成されている。
【００９１】
このようにして、図１１Ａおよび図１１Ｂに示すように、スリット４７ｂを通過した気体が、この案内溝４７ｃにより案内される。案内された気体は、保護プレート４４よりもレーザ光が投光される側（すなわちワークＷ側）から保護プレート４４の投光用保護部４４ａおよび検出用保護部４４ｂに気体を吹き付けることができる。さらに、保護プレート４４の投光用保護部４４ａまたは検出用保護部４４ｂの両側から、保護プレート４４の投光用保護部４４ａまたは検出用保護部４４ｂ側に吹き付けられる気体Ｆ同士は向い合って流れる。向い合って流れる気体Ｆは、保護プレート４４の投光用保護部４４ａの表面に衝突しつつ相互に衝突し、その流れは失速して、合流した気体Ｆを投光用放出口４８ａから放出することができる。このような結果、気体Ｆの流速を失速させるので、ワークＷが溶接される側（すなわち、溶接トーチ９１側）に気体Ｆがより流れ難くなるため、安定した溶接を行うことができる。
【００９２】
これに加えて、本実施形態では、検出用放出口４８ｂの気体Ｆが流れる流路断面は、投光用放出口４８ａの気体Ｆが流れる流路断面よりも大きい。このため、検出用放出口４８ｂから流れる気体Ｆの流量は、投光用放出口４８ａから流れる気体Ｆの流量よりも多い。また、検出用放出口４８ｂは、投光用放出口４８ａよりも、遮蔽部材５側に形成されている（図１１参照）。このような結果、検出用放出口４８ｂからより多くの気体Ｆを遮蔽部材５に吹き付けることができるため、遮蔽部材５を裏面５１ｂ側から効率良く冷却することができる。
【００９３】
５．遮蔽部材５について
図１に示すように、センサ装置１は、収容体３Ａに遮蔽部材５をさらに備えてもよい。遮蔽部材５は、ワークＷの溶接時に発生する輻射熱のうち、収容ケース３の下方側（具体的には投光用通過部３６ａおよび検出用通過部３６ｂが形成された側）の収容ケース３の表面に向かう輻射熱を遮蔽している。遮蔽部材５は、溶融池Ｐから飛散して、収容ケース３の下方側の表面に向かうスパッタＳを遮蔽している。
【００９４】
ここで、遮蔽部材５の材料は、収容ケース３の材料よりも熱伝導率が低い材料からなることが好ましい。本実施形態では、ケース本体３０および保護カバー４０が、金属材料からなる場合、遮蔽部材５は、この金属材料よりも熱伝導率が低い樹脂材料またはセラミックス材料などの非金属材料からなることが好ましい。遮蔽部材５の材料は、収容ケース３の材料よりも熱伝導率が低い材料からなるので、遮蔽部材５から収容ケース３に熱が伝わることを低減することができる。このため、収容ケース３内のセンサユニット２は、輻射熱の影響を受け難いので、センサユニット２の検出精度を確保することができる。
【００９５】
図１２に示すように、遮蔽部材５には、溶接時に発生する輻射熱を遮蔽する板状部５１と、収容ケース３に遮蔽部材５を取付けるための２つの第１取付け部５２、５２と、が形成されている。各第１取付け部５２は、ワークＷが溶接される表面５１ａ側とは反対側の位置する板状部５１の裏面５１ｂに、形成されている。
【００９６】
収容ケース３の保護カバー４０（具体的にはホルダ４５）には、板状部５１の裏面５１ｂ側において、遮蔽部材５を取り付けるための第２取付け部４６が形成されている。遮蔽部材５を保護カバー４０に取付けた状態で、第２取付け部４６は、遮蔽部材５の２つの第１取付け部５２、５２の間に配置されている。
【００９７】
遮蔽部材５の第１取付け部５２および保護カバー４０の第２取付け部４６には、遮蔽部材５の板状部５１が延在する方向（具体的にはセンサ装置１の横方向）に沿って、取付け用のシャフト７３を挿通する貫通孔５２ａ、４６ａが形成されている。シャフト７３は、例えば金属材料またはセラミックス材料からなる。
【００９８】
遮蔽部材５は、一対の第１取付け部５２の貫通孔５２ａと、これらの間に形成された第２取付け部４６の貫通孔４６ａとに、シャフト７３を挿通することにより、収容ケース３の保護カバー４０に取付けられている。シャフト７３は、シャフト本体７３ａと、これに螺着自在なネジ体７３ｂと、を備えている。シャフト本体７３ａを、収容ケース３（保護カバー４０）の側面側から、貫通孔５２ａ、４６ａに挿通した後、ネジ体７３ｂをシャフト本体７３ａに締め込むことにより、遮蔽部材５を保護カバー４０に取付けることができる。後述するガイド部材６を、その両側から、後述するガイド部材６を介してシャフト本体７３ａおよびネジ体７３ｂの頭部７３ｃ、７３ｄで挟み込むことができる。
【００９９】
収容ケース３には、遮蔽部材５を収容ケース３（の保護カバー４０）に取付けた状態で、遮蔽部材５を、ワークＷが溶接される側に付勢する金属製の弾性部材７５が、保護カバー４０の第２取付け部４６に取着されている。本実施形態では、弾性部材７５で、遮蔽部材５を付勢した状態で、収容ケース３（の保護カバー４０）と遮蔽部材５の板状部５１との間に間隙が形成され、ガイド部材６と遮蔽部材５の板状部５１との間も間隙が形成される（図２参照）。この間隙により、遮蔽部材５から収容ケース３への熱を伝え難くすることができる。また、弾性部材７５で、この間隙を形成した状態で、弾性的に遮蔽部材５を付勢しているので、弾性部材７５が衝撃緩衝材として働くため、遮蔽部材５の破損を抑えることができる。
【０１００】
ここで、より好ましい態様として、遮蔽部材５を収容ケース３の保護カバー４０に取付けた状態で、遮蔽部材５の板状部５１と保護カバー４０との間に上述した間隙を形成しつつ、ワークＷから離れる方向の板状部５１の端部５１ｃで、遮蔽部材５は、保護カバー４０の前面４０ａと接触している（図１２参照）。このため、遮蔽部材５を安定して取り付けることができるとともに、遮蔽部材５から保護カバー４０に熱が伝わり難い。
【０１０１】
さらに、上述したように、第２ガス流路４７には、一方向に延在した複数のフィン４７ｍが形成されている。これにより、遮蔽部材５から保護カバー４０に伝わった熱は、第２ガス流路４７に形成された複数のフィン４７ｍで放熱される。特に、本実施形態では、より好ましい態様として、第２ガス流路４７は、保護カバー４０の前面４０ａ側から背面４０ｂ側に流れるように、形成されているので、保護カバー４０の前面４０ａにおいて、接触した板状部５１の端部５１ｃからの熱を、効率的に放熱することできる。さらに、第２ガス流路４７に形成されたフィン４７ｍも、溶接時に温度の高い保護カバー４０の前面４０ａ側から、温度の低い背面４０ｂ側に向かって延在しているため、フィン４７ｍに伝わる熱をより効率的に放熱することができる。
【０１０２】
本実施形態では、検出用放出口４８ｂから放出された気体が、遮蔽部材５に吹き付けられて、ワークＷが溶接される側とは反対側に流れるように、検出用放出口４８ｂを通過する気体の流れ方向ｄに対して、遮蔽部材５が傾斜している。検出用放出口４８ｂから流れ方向ｄに沿って直進する気体は、傾斜した遮蔽部材５の板状部５１の裏面５１ｂに衝突する。これにより、検出用放出口４８ｂから放出された気体が、遮蔽部材５に吹き付けられるので、遮蔽部材５を気体で冷却することができる。さらに、遮蔽部材５に吹き付けられた気体は、ワークＷが溶接される側とは反対側に流れるので、ワークＷが溶接される側に気体が流れ難くなる。これにより、ワークの溶接される箇所では、検出用放出口４８ｂから放出される気体（の流れ）の影響を低減し、安定した溶接を行うことができる。
【０１０３】
６．ガイド部材６について
センサ装置１は、ガイド部材６をさらに備えてもよい。ガイド部材６は、遮蔽部材５と共働して遮蔽部材５と保護カバー４０の周りを囲うように、レーザ光Ｌ１が投光される側（図では下方）に延在している（図２および図３参照）。すなわち、ガイド部材６と遮蔽部材５により、放出口（投光用放出口４８ａおよび検出用放出口４８ｂ）から放出される気体を、レーザ光Ｌ１が投光されるワークＷ側に向かって案内するノズルが形成される。ガイド部材６は、金属材料またはセラミックス材料からなり、本実施形態では、ガイド部材６は例えば黄銅からなる。ガイド部材６が黄銅からなるので、溶接時に発生する赤外線を反射させることができる。
【０１０４】
さらに、本実施形態では、図１３に示すように、ガイド部材６は、保護カバー４０の一対の横側面４０ｃ、４０ｃと背面４０ｂとを囲うように形成されており、ガイド部材６と各横側面４０ｃとの間には、間隙Ｄが形成されている。より具体的には、ガイド部材６は、各横側面４０ｃに対向する位置に形成された横板部６１と、横板部６１に連続し、背面４０ｂに対向する位置に形成された背板部６３と、を備えている。保護カバー４０の横側面４０ｃと、これに対向するガイド部材６の横板部６１とには上述した間隙Ｄが形成されている。背板部６３には、保護カバー４０のカートリッジ４１を引き出すための切り抜き部６３ａが形成されている（図３参照）。
【０１０５】
このように、本実施形態では、保護カバー４０の横側面４０ｃと、これに対向するガイド部材６の横板部６１との間に形成された間隙Ｄにより、ガイド部材６から保護カバー４０に向かう、溶接時に発生する輻射熱Ｈの伝達を遮断することができる（図１参照）。さらに、投光用放出口４８ａおよび検出用放出口４８ｂから放出した気体の流れにより、間隙Ｄの近傍が負圧になる。これにより、ガイド部材６の横板部６１と保護カバー４０の各横側面４０ｃとの間に形成された間隙Ｄを介して、ケース本体３０の側面近傍から、ガイド部材６と遮蔽部材５で囲まれた空間内に、気体（大気）が吸い込まれる。この吸い込んだ気体の流れにより、保護カバー４０の横側面４０ｃよりも外側の方向に、投光用放出口４８ａおよび検出用放出口４８ｂから放出した気体が流れることを抑えることができる。
【０１０６】
さらに好ましい態様として、本実施形態では、横板部６１のワークＷが溶接される側の縁部６１ａは、遮蔽部材５側から背板部６３に進むに従って、保護カバー４０に近づくように傾斜している（図２および図３参照）。これにより、放出された気体が、ワークＷの溶接される側とは反対側（後方側）に流れ易くなる。
【０１０７】
さらに、図１２に示すように、ガイド部材６には、シャフト７３が入り込む切れ込み部６６が形成されており、シャフト７３は、ガイド部材６に形成された切り込み部６６に収容されている。ガイド部材６を取り外す際には、まず、２つの取付け具７６，７６を外し、シャフト本体７３ａとネジ体７３ｂの締結を緩める。次に、ガイド部材６を後方に向かって引き抜けば、シャフト７３が切り込み部６６から抜け出し、ガイド部材６をセンサ装置１から簡単に取り外すことができる。これにより、遮蔽部材５を保護カバー４０に取り付けた状態で、かつ、ガイド部材６を保護カバー４０から取り外した状態で、保護カバー４０を点検することができる。
【０１０８】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
【０１０９】
本実施形態では、センサユニットは、レーザ光をワークに投光し、ワークから反射したレーザ光を検出光として受光し、ワークの状態（形状）および検出部からワークまでの距離を測定したが、たとえば、センサユニットが、ワークから反射する光または溶接時にワークから発する光を、検出光として撮像装置（カメラ）で撮像し、ワークの溶接状態等を検出してもよい。
【符号の説明】
【０１１０】
１：（溶接用）センサ装置、２：センサユニット、２１：投光部、２２：検出部、３：収容ケース、３０：ケース本体、３５：第１ガス流路、３６ａ：投光用通過部、３６ｂ：検出用通過部、４０：保護カバー、４１：カートリッジ、４２：カートリッジ本体、４４：保護プレート、４４ａ：投光用保護部、４４ｂ：検出用保護部、４５：ホルダ、４５ａ：ホルダ本体、４５ｆ：スペーサ、４６：第２取付け部、４６ａ：貫通孔、４７：第２ガス流路（ガス流路）、４７ｂ：スリット（通気孔）、４７ｃ：案内溝、４７ｆ：導入流路、４７ｇ：第１蓄圧室、４７ｈ：第２蓄圧室、４７ｊ：絞り部、４７ｍ：仕切り壁（フィン）、４８ａ：投光用放出口、４８ｂ：検出用放出口、５：遮蔽部材、５１：板状部、５２：第１取付け部、５２ａ：貫通孔、６：ガイド部材、７３：シャフト、７５：弾性部材、Ｄ：間隙、Ｆ：気体、Ｌ１，Ｌ２：レーザ光、Ｗ：ワーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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