JP2019190878A - 溶接品質検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接玉の品質をより正確に判定できる溶接品質検査装置を提供すること。【解決手段】本発明に係る溶接品質検査装置３０は、ステータコアに組み込まれた第１セグメントコイル１１の第１コイルエンド２１と、ステータコアに組み込まれた第２セグメントコイル１２の第２コイルエンド２２と、を溶接して形成された溶接玉２３の品質を検査する溶接品質検査装置３０であって、溶接玉２３に光を照射する照射部と、第１セグメントコイル１１または第２セグメントコイル１２の少なくともいずれか一方に対する照射部からの光路を遮る遮光壁３５と、溶接玉２３を撮像して画像データを生成する撮像部と、画像データに基づいて溶接玉２３の品質を判定する判定部と、を備える。【選択図】図６

Description

本発明は、溶接品質検査装置に関するものである。

例えばステータコアのセグメントコイルのコイルエンド同士を溶接して溶接玉を形成し、各セグメントコイル同士を導通させる場合、当該溶接玉が正常に形成されていないと、電気抵抗が増大するなどの支障が生じるおそれがある。特許文献１には、溶接玉を撮像し、当該溶接玉の接合長さや溶け込み深さを解析することで、当該溶接玉に欠陥が生じているか否かを判定する溶接品質検査装置が開示されている。

特開２０１４−２３８３８７号公報

特許文献１に記載の装置は、撮像した溶接玉の画像データに基づいて、当該溶接玉の形状を解析する。したがって、溶接玉をより鮮明に撮像することでその形状を正確に検出し、溶接玉の品質をより正確に判定したいという要請があった。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、溶接玉の品質をより正確に判定できる溶接品質検査装置を提供するものである。

本発明に係る溶接品質検査方法は、ステータコアに組み込まれた第１セグメントコイルの第１コイルエンドと、前記ステータコアに組み込まれた第２セグメントコイルの第２コイルエンドと、を溶接して形成された溶接玉の品質を検査する溶接品質検査装置であって、前記溶接玉に光を照射する照射部と、前記第１セグメントコイルまたは前記第２セグメントコイルの少なくともいずれか一方に対する前記照射部からの光路を遮る遮光壁と、前記溶接玉を撮像して画像データを生成する撮像部と、前記画像データに基づいて前記溶接玉の品質を判定する判定部と、を備えることを、特徴としたものである。

このような構成においては、遮光壁が、第１セグメントコイルまたは第２セグメントコイルの少なくともいずれか一方に対する照射部からの光路を遮る。このため、第１セグメントコイルまたは第２セグメントコイルからの反射光が画像内に写りこむことを抑制し、溶接玉をより鮮明に撮像することができる。したがって、溶接玉の品質をより正確に判定することができる。

本発明により、溶接玉の品質をより正確に判定できる溶接品質検査装置を提供することができる。

回転電機の断面図である。 ステータの斜視図である。 ステータの部分斜視図である。 溶接されていないセグメントコイルのコイルエンドを示す図である。 溶接されたセグメントコイルのコイルエンドを示す図である。 溶接品質検査装置の側面図である。 図５で示された溶接玉の付近の領域の部分拡大図である。 遮光壁が設けられているときの、溶接玉の画像データの例である。 図７の画像データに基づいて溶接玉の輪郭を検出した例である。 遮光壁が設けられていないときの、溶接玉の画像データの例である。 図９の画像データに基づいて溶接玉の輪郭を検出した例である。 遮光壁の一例を示す斜視図である。 遮光壁の一例を示す斜視図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載および図面は、適宜、簡略化されている。

本発明に係る溶接品質検査装置は、例えば、回転電機のステータコアに組み込まれた２つのセグメントコイルのコイルエンドを溶接して形成された溶接玉の品質を検査する装置である。
図１は、三相交流電動機である回転電機１の断面図である。図１に示すように、回転電機１は、ハウジング２と、固定子３（ステータ）と、回転子４と、一対の軸受５と、を備える。固定子３は、ハウジング２に収容されている。
回転子４は、固定子３の内周側に配置されると共に、一対の軸受５を介してハウジング２に回転自在に支持されている。回転子４は、永久磁石を備えることで、例えば８極の磁極を有する。

図２は、固定子３の斜視図である。図１及び図２に示すように、固定子３は、固定子鉄心６（ステータコア）と、三相の固定子コイル７と、複数の絶縁紙８と、を備える。
固定子鉄心６は、複数の電磁鋼板を積層させて筒状に形成されている。固定子鉄心６には、複数のスロット９（巻線収容空間）が形成されている。
複数のスロット９は、固定子鉄心６の周方向に等間隔に形成されている。各スロット９は、固定子鉄心６の中心軸方向に沿って細長く形成されている。
固定子巻線１０からはＵ字状の第１セグメントコイル１１と第２セグメントコイル１２が複数形成されている。三相の固定子コイル７は、形成された複数の第１セグメントコイル１１と第２セグメントコイル１２のコイルエンド同士とを溶接により接合することで形成されている。固定子巻線１０は、導体部と導体部を覆う絶縁皮膜部によって構成されている。導体部は、典型的には銅である。絶縁皮膜部は、例えば、フッ素、ナイロン、ポリアミドイミド、ポリフェニレンサルファイドである。

図３は、固定子３の部分拡大図である。第１コイルエンド２１は、第１セグメントコイル１１のうち、図３に示すようにスロット９外に位置する部分である。第２コイルエンド２２は、第２セグメントコイル１２のうち、図３に示すようにスロット９の外に位置する部分である。本実施形態において、第１コイルエンド２１及び第２コイルエンド２２は、断面八角形状に形成されている。

図４Ａは、第１セグメントコイル１１の第１コイルエンド２１と、第２セグメントコイル１２の第２コイルエンド２２と、が固定子鉄心６の径方向において若干の隙間を空けて向かい合っている様子を示す図である。この状態で第１コイルエンド２１と第２コイルエンド２２とを同時に加熱すると、図４Ｂに示すように、第１コイルエンド２１と第２コイルエンド２２とを接合する溶接玉２３が形成される。この溶接玉２３が、第１コイルエンド２１と第２コイルエンド２２とを互いに導通させる。

図５は、本実施形態に係る溶接品質検査方法を行う溶接品質検査装置３０を示す平面図である。本実施形態に係る溶接品質検査装置３０は、制御部３１と、カメラ３２と、照明３３ａ〜３３ｃと、反射板３４と、遮光壁３５と、を備える。なお、図面の便宜上、図５には固定子鉄心６の一部分のみを図示している。
なお、当然のことながら、図５及びその他の図面に示した右手系ｘｙｚ座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。通常、ｚ軸正向きが鉛直上向き、ｘｙ平面が水平面であり、図面間で共通である。本実施形態においては、固定子鉄心６の外側から中心に向かう方向をｘ軸正方向とする。また、第１コイルエンド２１及び第２コイルエンド２２が対向する部分はｚ軸正方向に延び、その端に溶接玉２３が形成されているとする。

カメラ３２は、例えばＣＣＤ(Charge Coupled Device)カメラである。カメラ３２は、検査対象である溶接玉２３を上方（ｚ軸正方向）から撮像する撮像部であって、溶接玉２３の画像データを生成する。生成した画像データは、制御部３１に出力される。

照明３３ａ、３３ｂは、例えば青色の光を発する青色ＬＥＤ(light emitting diode)であり、溶接玉２３に光を照射する照射部である。照明３３ａは、溶接玉２３よりもｘ軸負方向側に設けられている。照明３３ａは、溶接玉２３に対して実質的に水平方向または水平面からわずかに斜めの方向から青色光を照射するように配置される。具体的には、照明３３ａは、照射する青色光と水平面（ｘｙ平面）とのなす角度が２０°以内になるように配置される。照明３３ｂは、溶接玉２３よりもｘ軸正方向側に設けられている。照明３３ｂは、固定子鉄心６に光が遮られないようにして溶接玉２３に光を照射する必要があるため、照明３３ａよりも水平面（ｘｙ平面）に対して大きな角度の方向から青色光を照射する。具体的には、照明３３ｂは、水平面（ｘｙ平面）とのなす角度が３０°〜８０°になるように配置される。照明３３ａ、３３ｂから溶接玉２３に向かって照射された青色光は、溶接玉２３で反射してカメラ３２に届く。照明３３ａ、３３ｂの照射する青色光は第１セグメントコイル１１及び第２セグメントコイル１２の色と補色関係にある光であるため、カメラ３２の撮像した画像において、溶接玉２３の輪郭を浮き上がらせることができる。

照明３３ｃは、例えば赤色の光を発する赤色ＬＥＤであり、溶接玉２３に光を照射する照射部である。照明３３ｃは、溶接玉２３を含むカメラ３２の撮像領域に対して上方から赤色光を照射するように配置される。照明３３ｃは、例えば、照射する赤色光とカメラ３２の撮像方向（ｚ軸負方向）とのなす角度が２０°以内になるように配置される。照明３３ｃが赤色光を溶接玉２３に照射することで、照明３３ａ、３３ｂが照射した青色光の溶接玉２３からの反射光をより浮かび上がせることができる。

反射板３４は、例えば、青色の樹脂の板状部材であり、溶接玉２３の下方（ｚ軸負方向）に設けられている。反射板３４には、溶接玉２３の下部が収容できる凹み部が設けられている。溶接玉２３の光沢が多い場合であっても、溶接玉２３の背部に設けられた反射板３４で反射する青色光または赤色光の２次反射光や散乱光が溶接玉２３に当たるため、溶接玉２３の輪郭が抽出される。したがって、溶接玉２３の画像を正確に安定して取得することができる。

制御部３１は、例えば、中央演算処理器としてのＣＰＵ(Central Processing Unit)と、読み書き自由のＲＡＭ(Random Access Memory)、読み出し専用のＲＯＭ(Read Only Memory)を備えている。そして、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されている品質検査プログラムを読み出して実行することで、品質検査プログラムはＣＰＵなどのハードウェアを機能させ、制御部３１は溶接品質検査装置３０の各部の動作を制御する。また、制御部３１は、カメラ３２の撮像した画像データに基づいて溶接玉２３の品質を判定する判定部としての機能も有する。

遮光壁３５は、例えば、平板形状を有した板状部材である。遮光壁３５は、溶接玉２３のｘ軸正方向側に設けられており、第１セグメントコイル１１または第２セグメントコイル１２の少なくともいずれか一方に対する照明３３ｂからの光路を遮るように設けられている。遮光壁３５は、反射板３４と一体に形成されていてもよい。また、本実施形態において、遮光壁３５のｘ軸負方向側の面は、青色光の反射率が高くなるように形成されている。具体的には、例えば、遮光壁３５のｘ軸負方向側の面は、鏡面加工されている。また、遮光壁３５のｘ軸負方向側の面以外の部分は、照明３３ｂに対し、溶接玉２３より下方向側（ｚ軸負方向側）への直接光を遮るように形成されている。

ここで、遮光壁３５の機能について、図６〜図１０を用いて詳細に説明する。図６は、図５で示された溶接玉２３の付近の領域Ａの部分拡大図である。図６には、溶接玉２３、第１セグメントコイル１１、第２セグメントコイル１２、反射板３４、遮光壁３５、照明３３ａから照射される青色光３６ａ、３６ｂ、及び照明３３ｂから照射される青色光３７ａ、３７ｂが示されている。また、図６に示される仮想光路３７ｃは、遮光壁３５が無いと仮定した場合の、青色光３７ｂの光路である。
なお、図６において、第１セグメントコイル１１はｙ軸負方向側に張り出すように形成されており、第２セグメントコイル１２はｙ軸正方向側に張り出すように形成されている。

図６に示すように、青色光３６ａ、３７ａは、溶接玉２３に直接照射される。また、青色光３６ｂは、遮光壁３５のｘ軸負方向側の面に照射される。遮光壁３５のｘ軸負方向側の面は、青色光の反射率が高くなるように形成されているため、青色光３６ｂは遮光壁３５で反射し、溶接玉２３に照射される。また、青色光３７ｂは、遮光壁３５のｚ軸正方向側の面に照射される。遮光壁３５のｘ軸負方向側の面以外の部分は、照明３３ｂ（図５参照）に対し、溶接玉２３より下方向側（ｚ軸負方向側）への直接光を遮るように形成されているため、青色光３７ｂは溶接玉２３より下方向側には届かない。
したがって、カメラ３２（図５参照）には、青色光３６ａ、３６ｂ、３７ａの溶接玉２３における反射光が入射する。

図７は、遮光壁３５が設けられているときの、カメラ３２が撮像した溶接玉２３の画像データ２０ａの例である。画像データ２０ａの明るい部分は、カメラ３２が受光した領域に対応する。画像データ２０ａの中央に明るく撮像されているのは溶接玉２３である。また、溶接玉２３のｙ軸負方向側に暗く写っている線は、青色光３６ａ、３６ｂ、３７ａの散乱光が第１セグメントコイル１１に当たって生じた反射光２５である。

遮光壁３５が設けられているとき、青色光３６ｂは遮光壁３５で反射して溶接玉２３のｘ軸正方向側の部分に照射される（図６参照）。このため、図７に示すように、溶接玉２３のｘ軸正方向側の側部２４は明るく撮像される。
また、青色光３７ｂは遮光壁３５に遮られるため、第１セグメントコイル１１に照射されない（図６参照）。このため、第１セグメントコイル１１の反射光２５の発生が抑制され、反射光２５は暗く撮像されるか、または撮像されない。
すなわち、画像データ２０ａには、溶接玉２３の側部２４が明るく撮像され、かつ、反射光２５が暗く撮像される。すなわち、画像データ２０ａにおいて、溶接玉２３は鮮明に撮像される。

図８は、制御部３１が画像データ２０ａに基づいて溶接玉２３の輪郭２６を検出したときの様子を表す図である。上述した通り、画像データ２０ａには溶接玉２３が鮮明に撮像されているため、制御部３１は、溶接玉２３の外周に沿って輪郭２６を正しく検出することができる。

一方、遮光壁３５が設けられていない場合、図６に示すように、青色光３６ｂは、遮光壁３５で反射されないため溶接玉２３に照射されない。また、青色光３７ｂは、そのまま仮想光路３７ｃに沿ってｘ軸負方向側に進入し、第１セグメントコイル１１または第２セグメントコイル１２に照射される。
したがって、この場合、カメラ３２（図５参照）には、青色光３６ａ、３７ａの溶接玉２３における反射光と、青色光３７ｂの第１セグメントコイル１１または第２セグメントコイル１２における反射光とが入射する。

図９は、遮光壁３５が設けられていないときの、カメラ３２が撮像した溶接玉２３の画像データ２０ｂの例である。画像データ２０ｂの明るい部分は、カメラ３２が受光した領域に対応する。画像データ２０ｂの中央に明るく撮像されているのは溶接玉２３である。また、溶接玉２３のｙ軸負方向側に明るく写っている線は、青色光３６ａ、３７ａの散乱光や青色光３７ｂが第１セグメントコイル１１に当たって生じた反射光２５である。

遮光壁３５が設けられていないとき、青色光３６ｂは溶接玉２３のｘ軸正方向側の部分に照射されない（図６参照）。このため、図７に示すように、溶接玉２３のｘ軸正方向側の側部２４は、遮光壁３５が設けられているときに比べて暗く撮像される。
また、青色光３７ｂは遮光壁３５に遮られていないため、第１セグメントコイル１１に照射される（図６参照）。このため、第１セグメントコイル１１の反射光２５が多く生じ、反射光２５は明るく撮像される。
すなわち、画像データ２０ｂには、溶接玉２３の側部２４が暗く撮像され、かつ、反射光２５が明るく撮像される。すなわち、遮光壁３５が設けられているときに比べて溶接玉２３が不鮮明に撮像される。

図１０は、制御部３１が画像データ２０ｂに基づいて溶接玉２３の輪郭２６を検出したときの様子を表す図である。上述した通り、画像データ２０ｂには溶接玉２３が鮮明に撮像されていないため、制御部３１は、溶接玉２３と反射光２５とを判別することが難しく、溶接玉２３の外周から外れた部分に輪郭２６を検出してしまう。

以上で説明したように、遮光壁３５を備えない場合は、制御部３１は溶接玉２３の輪郭２６を正しく検出できない場合がある。しかし、遮光壁３５を備える溶接品質検査装置３０を用いることで、溶接玉２３をより鮮明に撮像することができる。
したがって、本発明に係る溶接品質検査装置３０は、溶接玉２３の輪郭２６をより正確に検出することができ、溶接玉２３の品質をより正確に判定することができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
例えば、遮光壁の形状は、図１１Ａに示される遮光壁３５ａのように、一辺に切欠部３８ａを有する平板形状であってもよい。あるいは、図１１Ｂに示される遮光壁３５ｂのように、開口部３８ｂを有する平板形状であってもよい。
このような構成においては、遮光壁３５ａや遮光壁３５ｂは、照明３３ｂから第１セグメントコイル１１や第２セグメントコイル１２に対する光路を遮るとともに、切欠部３８ａや開口部３８ｂを通して溶接玉２３に光を透過させることができる（図５参照）。したがって、溶接玉２３に対して光を照射することができ、溶接玉２３をより鮮明に撮像することができる。

１ 回転電機
２ ハウジング
３ 固定子
４ 回転子
５ 軸受
６ 固定子鉄心
７ 固定子コイル
８ 絶縁紙
９ スロット
１０ 固定子巻線
１１ 第１セグメントコイル
１２ 第２セグメントコイル
２０ａ、２０ｂ 画像データ
２１ 第１コイルエンド
２２ 第２コイルエンド
２３ 溶接玉
２４ 側部
２５ 反射光
２６ 輪郭
３０ 溶接品質検査装置
３１ 制御部
３２ カメラ
３３ａ、３３ｂ、３３ｃ 照明
３４ 反射板
３５、３５ａ、３５ｂ 遮光壁
３６ａ、３６ｂ、３７ａ、３７ｂ 青色光
３７ｃ 仮想光路
３８ａ 切欠部
３８ｂ 開口部

Claims (1)

1. ステータコアに組み込まれた第１セグメントコイルの第１コイルエンドと、前記ステータコアに組み込まれた第２セグメントコイルの第２コイルエンドと、を溶接して形成された溶接玉の品質を検査する溶接品質検査装置であって、
   前記溶接玉に光を照射する照射部と、
   前記第１セグメントコイルまたは前記第２セグメントコイルの少なくともいずれか一方に対する前記照射部からの光路を遮る遮光壁と、
   前記溶接玉を撮像して画像データを生成する撮像部と、
   前記画像データに基づいて前記溶接玉の品質を判定する判定部と、を備える、
   溶接品質検査装置。