JP2005279720A - Underwater welding head, underwater welding device, and welding method using underwater welding device - Google Patents

Underwater welding head, underwater welding device, and welding method using underwater welding device Download PDF

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勝彦 佐藤
Hisashi Hozumi
久士 穂積
Wataru Kono
渉 河野
Tetsuo Yamamoto
哲夫 山本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an underwater welding head for performing repair welding of a hollow structure member in an atomic power plant and the like and which insures the execution of good quality welding approximately equivalent to that of aerial welding by stably maintaining a gaseous environment of a welding area even when, for example, a welding execution surface is not a plane surface. <P>SOLUTION: Even if an error occurs in a set distance between the welding head 11 and the execution surface P, an appropriate gap (nozzle gap X) can be maintained by slidingly adjusting a gas injection nozzle 13 and a good aerial state can be maintained by maintaining the gaseous space around the execution area at the normal state even under the water and expelling the water without bringing the gas injection nozzle 13 into contact with the surface P for welding execution. Also, the extension position of the welding wire 15 by a welding wire feed pipe 22 can also be corrected similarly simultaneously with the sliding adjustment of the gas injection nozzle 13 and therefore the appropriate insertion position of the welding wire 15 can be maintained for the execution surface P. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、原子力発電施設などにおける水中構造部材の補修溶接を行うための水中溶接ヘッド、水中溶接装置、およびこの水中溶接装置を用いた溶接工法に関する。   The present invention relates to an underwater welding head, an underwater welding apparatus, and a welding method using the underwater welding apparatus for repair welding of an underwater structural member in a nuclear power generation facility or the like.

一般に、原子力発電施設、潜水艦、桟橋などの溶接構造物は応力腐食割れを起こす可能性を有し、供用期間中に補修溶接が必要となることが考えられる。これらの構造物の補修溶接は水中下で行う。   Generally, welded structures such as nuclear power generation facilities, submarines, and jetty have the possibility of causing stress corrosion cracking, and it is considered that repair welding is required during the service period. Repair welding of these structures is performed underwater.

特に、原子力発電所の炉内構造物の溶接部の補修溶接においては、放射線劣化の影響で補修溶接時の入熱量を最小限に留める必要があり、溶金を微小ポイントで溶融することが可能なレーザ溶接による補修の適用が考えられている。   In particular, in repair welding of welded parts of reactor internal structures in nuclear power plants, it is necessary to keep the heat input during repair welding to a minimum due to the effects of radiation deterioration, and it is possible to melt the molten metal at minute points. Application of repair by laser welding is considered.

水中下でのレーザ溶接では、溶融部近傍に大量のガスを噴き付け部分的に乾き状態を実現し、この乾いた金属表面にレーザ光を照射し母材をとかすと共に、溶接ワイヤを挿入し溶かして、欠陥部を補修する。   In laser welding under water, a large amount of gas is sprayed near the melted part to achieve a partially dry state. The dry metal surface is irradiated with laser light to melt the base material, and a welding wire is inserted to melt. Repair the defective part.

そして、このような水中下でのレーザ溶接装置では、その溶接施工面の施工長さの全範囲にわたり、ガス噴射ノズルから噴射したガスによる気体環境を安定に保ちながらレーザ溶接を施していく必要がある。   And in such a laser welding apparatus under water, it is necessary to perform laser welding while maintaining a stable gas environment due to the gas injected from the gas injection nozzle over the entire range of the welding construction surface. is there.

このため、従来の水中レーザ溶接装置では、例えば溶接ヘッドにあるガス噴射ノズルの噴射口の周囲に取り付けたゴム製のスカートや高密度のブラシにより構成される一面開口のチャンバーを施工面に押し当てながら移動，溶接したり、さらには当該チャンバーの開口端部が施工面に接触する位置で保持されるように噴射ノズルの前後に配置したローラを施工面に押し当てながら移動，溶接したりすることで、その移動，溶接中は当該チャンバー内を一定容量の気体環境に保てるような構成としている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−１０３０７７号公報 For this reason, in a conventional underwater laser welding apparatus, for example, a chamber with a single opening made of a rubber skirt or a high-density brush attached around the injection port of the gas injection nozzle in the welding head is pressed against the construction surface. Move and weld while pressing the rollers placed before and after the injection nozzle against the work surface so that the open end of the chamber is held in contact with the work surface. Thus, during the movement and welding, the inside of the chamber can be maintained in a gas environment with a constant volume (see, for example, Patent Document 1).
JP 2002-103077 A

上述した従来の水中レーザ溶接装置においては、ガス噴射ノズルを配置した一面開口のチャンバーを施工面に押し当てながら移動，溶接したり、さらにその前後に設けたローラを施工面に押し当てながら移動，溶接したりして、溶接施工部位の気体環境を安定に保つ構成としているので、何れにしても溶接ヘッド側と施工面との接触が必要になる。   In the above-described conventional underwater laser welding apparatus, the chamber is moved and welded while pressing the chamber with the gas injection nozzle against the construction surface, and further, the roller provided before and after that is moved against the construction surface. Since the gas environment of the welding construction site is stably maintained by welding, the welding head side and the construction surface need to be contacted anyway.

このため、従来の水中レーザ溶接装置では、特に、施工面が曲面であったり同施工面に段差が生じていたりした場合には、ガス噴射ノズルと施工面との間隔を一定に保てず、安定した気体環境が得られなくなり、上質な溶接を実施することができない問題がある。   For this reason, in the conventional underwater laser welding apparatus, particularly when the construction surface is a curved surface or a step is generated on the construction surface, the interval between the gas injection nozzle and the construction surface cannot be kept constant, There is a problem that a stable gas environment cannot be obtained and high-quality welding cannot be performed.

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、例え溶接施工面が平面でない場合でも、溶接部位の気体環境を安定に保持し、気中溶接と同程度の上質な溶接を実施することが可能になる水中溶接ヘッド、水中溶接装置、および水中溶接装置を用いた溶接工法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems. Even when the welding surface is not flat, the gas environment at the welding site is stably maintained, and high-quality welding similar to that in air welding is performed. It is an object to provide an underwater welding head, an underwater welding apparatus, and a welding method using the underwater welding apparatus that can be carried out.

本発明の請求項１に係る水中溶接ヘッドは、レーザ光の照射方向を開口にしたレーザ照射ヘッドと、このレーザ照射ヘッドの内部に不活性ガスを供給し当該照射ヘッドにおけるレーザ光路内の水を遮断して気相に保持すると共に、当該照射ヘッドの開口から噴射させるためのガス供給管と、前記レーザ照射ヘッドの開口にそのレーザ光路およびガス噴射経路を延長するように当該照射ヘッドの外周面に気密に且つスライド可能にして取り付けられ、レーザ光および不活性ガスを同軸上に照射および噴射させるガス噴射ノズルと、このガス噴射ノズルの先端からレーザ光の照射方向および不活性ガスの噴射方向に所定の間隔を置いたレーザ光軸上の位置に向けて溶接ワイヤを送り込む溶接ワイヤ送り管と、前記ガス噴射ノズルのレーザ光の照射方向および不活性ガスの噴射方向に合わせた前記レーザ照射ヘッドに対するスライド位置を調整するノズルスライド調整機構と、前記ガス噴射ノズルと溶接ワイヤ送り管との位置関係を定位置に固定保持し、前記ノズルスライド調整機構による前記ガス噴射ノズルのスライド移動と同時に前記溶接ワイヤ送り管を同一の方向と間隔でスライド移動させるための固定治具とを備え、前記ガス噴射ノズルの開口端と溶接対象施工面との間隔を前記ノズルスライド調整機構によって当該ガス噴射ノズルをスライド調整することで所定の間隔に保持することを特徴とする。   An underwater welding head according to a first aspect of the present invention includes a laser irradiation head having an irradiation direction of laser light and an inert gas supplied to the inside of the laser irradiation head to remove water in the laser light path of the irradiation head. A gas supply pipe for blocking and holding in the gas phase, and jetting from the opening of the irradiation head, and an outer peripheral surface of the irradiation head so as to extend the laser beam path and the gas injection path to the opening of the laser irradiation head A gas injection nozzle that is airtightly and slidably mounted and irradiates and injects laser light and inert gas coaxially, and from the tip of the gas injection nozzle to the irradiation direction of the laser light and the injection direction of the inert gas A welding wire feed pipe for feeding a welding wire toward a position on the laser optical axis at a predetermined interval, and irradiation of laser light from the gas injection nozzle A nozzle slide adjusting mechanism that adjusts a slide position with respect to the laser irradiation head in accordance with a direction and an injection direction of the inert gas, and a positional relationship between the gas injection nozzle and the welding wire feed pipe is fixedly held at a fixed position, and the nozzle A fixing jig for sliding the welding wire feed pipe in the same direction and interval simultaneously with the sliding movement of the gas injection nozzle by a slide adjusting mechanism, and an opening end of the gas injection nozzle and a welding target construction surface, The gas spray nozzle is slid and adjusted by the nozzle slide adjusting mechanism to keep the interval at a predetermined interval.

これによれば、溶接施工中におけるガス噴射ノズルからのガス噴射圧や溶接ワイヤの送り込み圧などの影響による当該ガス噴射ノズルと溶接対象施工面との間隔変動を抑制でき、しかも溶接ワイヤの送り込み位置も常に適切な溶接位置に設定でき、施工面とヘッド本体が非接触でも安定した気中環境下で良質な溶接を実施できることになる。   According to this, it is possible to suppress a variation in the gap between the gas injection nozzle and the welding surface to be welded due to the influence of the gas injection pressure from the gas injection nozzle or the welding wire feeding pressure during welding, and the welding wire feeding position. Can always be set to an appropriate welding position, and even if the construction surface and the head body are not in contact with each other, high-quality welding can be performed in a stable air environment.

本発明の請求項９に係る水中溶接装置は、水中溶接ヘッドを用いて水中溶接を実施する水中溶接装置であって、
前記水中溶接ヘッドは、レーザ光の照射方向を開口にしたレーザ照射ヘッドと、このレーザ照射ヘッドの内部に不活性ガスを供給し当該照射ヘッドにおけるレーザ光路内の水を遮断して気相に保持すると共に、当該照射ヘッドの開口から噴射させるためのガス供給管と、前記レーザ照射ヘッドの開口にそのレーザ光路およびガス噴射経路を延長するように当該照射ヘッドの外周面に気密に且つスライド可能にして取り付けられ、レーザ光および不活性ガスを同軸上に照射および噴射させるガス噴射ノズルと、このガス噴射ノズルの先端からレーザ光の照射方向および不活性ガスの噴射方向に所定の間隔を置いたレーザ光軸上の位置に向けて溶接ワイヤを送り込む溶接ワイヤ送り管と、前記ガス噴射ノズルのレーザ光の照射方向および不活性ガスの噴射方向に合わせた前記レーザ照射ヘッドに対するスライド位置を調整するノズルスライド調整機構と、前記ガス噴射ノズルと溶接ワイヤ送り管との位置関係を定位置に固定保持し、前記ノズルスライド調整機構による前記ガス噴射ノズルのスライド移動と同時に前記溶接ワイヤ送り管を同一の方向と間隔でスライド移動させるための固定治具と、前記ガス噴射ノズルの開口周辺に取り付けられてなり、溶接対象施工面との間隔を検出する渦電流式距離センサとを備えてなり、
溶接施工中は、ノズル間隔判断手段によって前記渦電流式距離センサにより検出された前記ガス噴射ノズルの開口端と前記溶接対象施工面との間隔が予め設定された所定の間隔の許容誤差範囲内であるか否かを判断し、このノズル間隔判断手段により前記ガス噴射ノズルの開口端と前記溶接対象施工面との間隔が所定の間隔の許容誤差範囲外であると判断された場合には、ノズルスライド制御手段によって当該所定の間隔との誤差値に応じて前記ノズルスライド調整機構を制御し、前記ガス噴射ノズルの開口端と前記溶接対象施工面との間隔を所定の間隔に調整する。 An underwater welding apparatus according to claim 9 of the present invention is an underwater welding apparatus that performs underwater welding using an underwater welding head,
The underwater welding head includes a laser irradiation head having an opening in the laser beam irradiation direction, an inert gas supplied to the inside of the laser irradiation head, and the water in the laser beam path of the irradiation head is blocked and held in a gas phase. In addition, a gas supply pipe for jetting from the opening of the irradiation head, and a laser light path and a gas injection path extending to the opening of the laser irradiation head are made airtight and slidable on the outer peripheral surface of the irradiation head. A gas injection nozzle for coaxially irradiating and injecting laser light and inert gas, and a laser spaced from the tip of the gas injection nozzle by a predetermined interval in the laser light irradiation direction and the inert gas injection direction A welding wire feed pipe for feeding a welding wire toward a position on the optical axis, a laser beam irradiation direction of the gas injection nozzle and an inert gas; A nozzle slide adjustment mechanism that adjusts a slide position with respect to the laser irradiation head in accordance with the injection direction of the gas, and a positional relationship between the gas injection nozzle and the welding wire feed pipe is fixedly held at a fixed position, and the nozzle slide adjustment mechanism A fixing jig for sliding the welding wire feed pipe in the same direction and at the same time as the sliding movement of the gas injection nozzle, and an interval between the welding injection work surface, which is attached around the opening of the gas injection nozzle And an eddy current type distance sensor for detecting
During welding construction, the gap between the opening end of the gas injection nozzle detected by the eddy current type distance sensor by the nozzle gap judgment means and the welding target construction surface is within an allowable error range of a predetermined gap set in advance. If it is determined by the nozzle interval determining means that the interval between the open end of the gas injection nozzle and the construction surface to be welded is outside the allowable error range of the predetermined interval, the nozzle The nozzle control mechanism is controlled by a slide control means according to an error value with respect to the predetermined interval, and the interval between the open end of the gas injection nozzle and the construction surface to be welded is adjusted to a predetermined interval.

これによれば、溶接施工中におけるガス噴射ノズルからのガス噴射圧や溶接ワイヤの送り込み圧などの影響による当該ガス噴射ノズルと溶接対象施工面との間隔変動を、渦電流式距離センサによって常時非接触で検出できると共に、目標とする所定間隔との誤差に応じてノズルスライド調整機構を制御して抑制でき、しかも溶接ワイヤの送り込み位置も常に適切な溶接位置に設定でき、施工面とヘッド本体が非接触でも安定した気中環境下で良質な溶接を実施できることになる。   According to this, fluctuations in the distance between the gas injection nozzle from the gas injection nozzle and the welding wire feeding pressure during welding work and the welding surface to be welded are always suppressed by the eddy current type distance sensor. In addition to being able to detect by contact, the nozzle slide adjustment mechanism can be controlled and suppressed according to the error from the target predetermined interval, and the welding wire feed position can always be set to an appropriate welding position. Even without contact, high-quality welding can be performed in a stable air environment.

本発明の請求項１１に係る水中溶接装置を用いた溶接工法は、水中溶接ヘッドをＮＣ工作ロボットによって施工開始点から施工終了点まで移動させながら水中溶接を実施する水中溶接装置を用いた溶接工法であって、
前記水中溶接ヘッドは、レーザ光の照射方向を開口にしたレーザ照射ヘッドと、このレーザ照射ヘッドの内部に不活性ガスを供給し当該照射ヘッドにおけるレーザ光路内の水を遮断して気相に保持すると共に、当該照射ヘッドの開口から噴射させるためのガス供給管と、前記レーザ照射ヘッドの開口にそのレーザ光路およびガス噴射経路を延長するように当該照射ヘッドの外周面に気密に且つスライド可能にして取り付けられ、レーザ光および不活性ガスを同軸上に照射および噴射させるガス噴射ノズルと、このガス噴射ノズルの先端からレーザ光の照射方向および不活性ガスの噴射方向に所定の間隔を置いたレーザ光軸上の位置に向けて溶接ワイヤを送り込む溶接ワイヤ送り管と、前記ガス噴射ノズルのレーザ光の照射方向および不活性ガスの噴射方向に合わせた前記レーザ照射ヘッドに対するスライド位置を調整するノズルスライド調整機構と、前記ガス噴射ノズルと溶接ワイヤ送り管との位置関係を定位置に固定保持し、前記ノズルスライド調整機構による前記ガス噴射ノズルのスライド移動と同時に前記溶接ワイヤ送り管を同一の方向と間隔でスライド移動させるための固定治具と、前記ガス噴射ノズルの開口端から溶接対象施工面との間を含む範囲の画像を撮影する水中カメラと、前記ガス噴射ノズルの開口周辺に取り付けられてなり、溶接対象施工面との間隔を検出する渦電流式距離センサとを備えてなり、
溶接施工前に前記ＮＣ工作ロボットの座標と溶接対象施工面との座標とに基づき予め計算された施工パスに応じて前記溶接ヘッドを施工開始点から施工終了点まで移動させながら前記水中カメラにより撮影された画像からガス噴射ノズルと溶接対象施工面との間隔を実測し、この施工前移動に伴い実測された前記ガス噴射ノズルと溶接対象施工面との間隔と、予め設定された所定の間隔との誤差に応じて前記ＮＣ工作ロボットの施工パスを補正し、この補正施工パスに応じて前記溶接ヘッドの施工開始点から施工終了点までの移動を開始させると共に、前記ガス供給管からレーザ照射ヘッドおよびガス噴射ノズルを介して前記溶接対象施工面に不活性ガスを噴射し、またレーザ照射ヘッドからガス噴射ノズルを介してレーザ光を照射し、また溶接ワイヤ送り管を介して溶接ワイヤを送り込み、溶接施工を開始し、この溶接施工を開始した後に、前記渦電流式距離センサにより検出された前記ガス噴射ノズルの開口端と前記溶接対象施工面との間隔が予め設定された所定の間隔の許容誤差範囲内であるか否かを判断し、この間隔判断にて前記ガス噴射ノズルの開口端と前記溶接対象施工面との間隔が所定の間隔の許容誤差範囲外であると判断された場合には、当該所定の間隔との誤差値に応じて前記ノズルスライド調整機構を制御し、前記ガス噴射ノズルの開口端と前記溶接対象施工面との間隔を所定の間隔に調整する。 A welding method using an underwater welding apparatus according to claim 11 of the present invention is a welding method using an underwater welding apparatus that performs underwater welding while moving an underwater welding head from a construction start point to a construction end point by an NC machine robot. Because
The underwater welding head includes a laser irradiation head having an opening in the laser beam irradiation direction, an inert gas supplied to the inside of the laser irradiation head, and the water in the laser beam path of the irradiation head is blocked and held in a gas phase. In addition, a gas supply pipe for jetting from the opening of the irradiation head, and a laser light path and a gas injection path extending to the opening of the laser irradiation head are made airtight and slidable on the outer peripheral surface of the irradiation head. A gas injection nozzle for coaxially irradiating and injecting laser light and inert gas, and a laser spaced from the tip of the gas injection nozzle by a predetermined interval in the laser light irradiation direction and the inert gas injection direction A welding wire feed pipe for feeding a welding wire toward a position on the optical axis, a laser beam irradiation direction of the gas injection nozzle and an inert gas; A nozzle slide adjustment mechanism that adjusts a slide position with respect to the laser irradiation head in accordance with the injection direction of the gas, and a positional relationship between the gas injection nozzle and the welding wire feed pipe is fixedly held at a fixed position, and the nozzle slide adjustment mechanism An image of a range including a fixing jig for sliding the welding wire feed pipe in the same direction and interval simultaneously with the sliding movement of the gas injection nozzle, and the welding target surface from the opening end of the gas injection nozzle An underwater camera, and an eddy current type distance sensor that is attached to the periphery of the opening of the gas injection nozzle and detects an interval between the welding target construction surface,
Photographed by the underwater camera while moving the welding head from the construction start point to the construction end point according to the construction path calculated in advance based on the coordinates of the NC machine robot and the coordinates of the construction surface to be welded before welding construction. Measure the interval between the gas injection nozzle and the welding target construction surface from the image that was measured, the interval between the gas injection nozzle and the welding target construction surface measured along with this pre-construction movement, a predetermined interval set in advance The construction path of the NC machine robot is corrected according to the error of the NC, the movement of the welding head from the construction start point to the construction end point is started according to the corrected construction path, and the laser irradiation head is moved from the gas supply pipe. And an inert gas is sprayed onto the welding target construction surface through the gas injection nozzle, laser light is irradiated from the laser irradiation head through the gas injection nozzle, and A welding wire is fed through a tangential wire feed pipe, welding work is started, and after starting this welding work, the opening end of the gas injection nozzle detected by the eddy current type distance sensor and the welding target work surface Is determined to be within an allowable error range of a predetermined interval set in advance, and in this interval determination, the interval between the opening end of the gas injection nozzle and the construction surface to be welded is a predetermined interval. When it is determined that it is out of the allowable error range, the nozzle slide adjusting mechanism is controlled according to an error value with respect to the predetermined interval, and the interval between the opening end of the gas injection nozzle and the construction surface to be welded is controlled. Is adjusted to a predetermined interval.

これによれば、まず第１に、溶接施工前のＮＣ工作ロボットによる計算済みの施工パスに応じた水中溶接ヘッドの施工開始点〜終了点間移動に伴い、水中カメラにより撮影されるガス噴射ノズル先端周辺の画像からガス噴射ノズルと溶接対象施工面との間隔を実測して当該間隔を所定の間隔に維持するための補正施工パスを作成できる。そして第２に、溶接施工中におけるガス噴射ノズルからのガス噴射圧や溶接ワイヤの送り込み圧などの影響による当該ガス噴射ノズルと溶接対象施工面との間隔変動を、渦電流式距離センサによって常時非接触で検出できると共に、目標とする所定間隔との誤差に応じてノズルスライド調整機構を制御して抑制でき、しかも溶接ワイヤの送り込み位置も常に適切な溶接位置に設定できるので、ＮＣ工作ロボットにより溶接ヘッド本体を施工面と非接触で沿わして実施する水中溶接であっても、より安定した気中環境を保持して良質な溶接を実施できることになる。   According to this, first, the gas injection nozzle photographed by the underwater camera as the underwater welding head moves between the construction start point and end point according to the construction path calculated by the NC machine robot before welding construction. It is possible to create a correction construction path for measuring the interval between the gas injection nozzle and the welding target construction surface from the image around the tip and maintaining the spacing at a predetermined interval. Secondly, the eddy current type distance sensor does not always change the interval variation between the gas injection nozzle and the welding target surface due to the influence of the gas injection pressure from the gas injection nozzle or the welding wire feeding pressure during welding. In addition to being able to detect by contact, the nozzle slide adjustment mechanism can be controlled and suppressed according to the error from the target predetermined interval, and the welding wire feed position can always be set to an appropriate welding position. Even in the case of underwater welding in which the head main body is carried out without contacting the construction surface, it is possible to carry out high-quality welding while maintaining a more stable air environment.

本発明の請求項１に係る水中溶接ヘッドによれば、溶接施工中におけるガス噴射ノズルからのガス噴射圧や溶接ワイヤの送り込み圧などの影響による当該ガス噴射ノズルと溶接対象施工面との間隔変動を抑制でき、しかも溶接ワイヤの送り込み位置も常に適切な溶接位置に設定でき、施工面とヘッド本体が非接触でも安定した気中環境下で良質な溶接を実施できるようになる。   According to the underwater welding head according to the first aspect of the present invention, the gap variation between the gas injection nozzle and the welding surface to be welded due to the effects of the gas injection pressure from the gas injection nozzle and the welding wire feeding pressure during the welding operation. In addition, the welding wire feed position can always be set to an appropriate welding position, and high-quality welding can be performed in a stable air environment even when the construction surface and the head body are not in contact with each other.

本発明の請求項９に係る水中溶接装置によれば、溶接施工中におけるガス噴射ノズルからのガス噴射圧や溶接ワイヤの送り込み圧などの影響による当該ガス噴射ノズルと溶接対象施工面との間隔変動を、渦電流式距離センサによって常時非接触で検出できると共に、目標とする所定間隔との誤差に応じてノズルスライド調整機構を制御して抑制でき、しかも溶接ワイヤの送り込み位置も常に適切な溶接位置に設定でき、施工面とヘッド本体が非接触でも安定した気中環境下で良質な溶接を実施できるようになる。   According to the underwater welding apparatus according to claim 9 of the present invention, the gap variation between the gas injection nozzle and the welding target construction surface due to the influence of the gas injection pressure from the gas injection nozzle and the welding wire feeding pressure during the welding operation. Can be detected without contact by an eddy current type distance sensor at all times, and the nozzle slide adjustment mechanism can be controlled and controlled according to the error from the target predetermined interval, and the welding wire feed position is always an appropriate welding position. Therefore, even when the construction surface and the head body are not in contact with each other, high-quality welding can be performed in a stable air environment.

本発明の請求項１１に係る水中溶接装置を用いた溶接工法によれば、まず第１に、溶接施工前のＮＣ工作ロボットによる計算済みの施工パスに応じた水中溶接ヘッドの施工開始点〜終了点間移動に伴い、水中カメラにより撮影されるガス噴射ノズル先端周辺の画像からガス噴射ノズルと溶接対象施工面との間隔を実測して当該間隔を所定の間隔に維持するための補正施工パスを作成できる。そして第２に、溶接施工中におけるガス噴射ノズルからのガス噴射圧や溶接ワイヤの送り込み圧などの影響による当該ガス噴射ノズルと溶接対象施工面との間隔変動を、渦電流式距離センサによって常時非接触で検出できると共に、目標とする所定間隔との誤差に応じてノズルスライド調整機構を制御して抑制でき、しかも溶接ワイヤの送り込み位置も常に適切な溶接位置に設定できるので、ＮＣ工作ロボットにより溶接ヘッド本体を施工面と非接触で沿わして実施する水中溶接であっても、より安定した気中環境を保持して良質な溶接を実施できるようになる。   According to the welding method using the underwater welding apparatus according to claim 11 of the present invention, firstly, the construction start point to the end of the underwater welding head according to the construction path calculated by the NC machine robot before welding construction. Along with the point-to-point movement, a correction construction path is used to measure the distance between the gas injection nozzle and the welding surface to be welded from the image around the tip of the gas injection nozzle photographed by the underwater camera and maintain the distance at a predetermined distance. Can be created. Secondly, the eddy current type distance sensor does not always change the interval variation between the gas injection nozzle and the welding target surface due to the influence of the gas injection pressure from the gas injection nozzle or the welding wire feeding pressure during welding. In addition to being able to detect by contact, the nozzle slide adjustment mechanism can be controlled and suppressed according to the error from the target predetermined interval, and the welding wire feed position can always be set to an appropriate welding position. Even underwater welding in which the head main body is placed in contact with the construction surface without contact, high-quality welding can be performed while maintaining a more stable air environment.

よって、本発明によれば、例え溶接施工面が平面でない場合でも、溶接部位の気体環境を安定に保持し、気中溶接と同程度の上質な溶接を実施することが可能になる水中溶接ヘッド、水中溶接装置、および水中溶接装置を用いた溶接工法を提供できる。これにより、肉盛り部や隅肉溶接部や開先加工部などの複雑な曲面溶接も可能となる。   Therefore, according to the present invention, even if the welding surface is not flat, the underwater welding head that can stably maintain the gaseous environment of the welded part and perform high-quality welding similar to air welding. An underwater welding apparatus and a welding method using the underwater welding apparatus can be provided. Thereby, complicated curved surface welding, such as a built-up part, a fillet welding part, and a groove processing part, is also attained.

以下図面により、本発明の実施形態に係る水中溶接ヘッド、水中溶接装置、およびこの水中溶接装置を用いた溶接工法について説明する。   Hereinafter, an underwater welding head, an underwater welding apparatus, and a welding method using the underwater welding apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

なお、以下の各実施形態において、同一構成要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。   In the following embodiments, the same components are denoted by the same reference numerals and redundant description is omitted.

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る水中溶接ヘッド１０の構成を示す図である。 (First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an underwater welding head 10 according to the first embodiment of the present invention.

この第１実施形態の水中溶接ヘッド１０は、その筐体１０Ａに対して、主に、レーザ照射ヘッド１１、光ファイバ１２、ガス噴射ノズル１３、ガス供給管１４、溶接ワイヤ１５、溶接ワイヤ送り機構１６、ノズルギャップ調整機構１７を備えて構成される。   The underwater welding head 10 according to the first embodiment mainly has a laser irradiation head 11, an optical fiber 12, a gas injection nozzle 13, a gas supply pipe 14, a welding wire 15, and a welding wire feed mechanism with respect to the housing 10A. 16 and a nozzle gap adjusting mechanism 17.

レーザ照射ヘッド１１は、ヘッド筐体１０Ａの下端開口面に対応して開口端部を有する縦長円筒形状であり、その上端部には光ファイバ１２が接続される。そして、光ファイバ１２から放射されたレーザ光２３は、当該照射ヘッド１１内の縦長円筒空間に上下２段に配置した光学レンズ１１ａ，１１ｂとその仕切ガラス１８を介して、当該照射ヘッド１１下端の開口端部から導出されると共に、ガス噴射ノズル１３を通して外部に放出され、溶接施工面Ｐに照射される。   The laser irradiation head 11 has a vertically long cylindrical shape having an open end corresponding to the lower end opening surface of the head housing 10A, and an optical fiber 12 is connected to the upper end. Then, the laser beam 23 emitted from the optical fiber 12 passes through the optical lenses 11a and 11b arranged in two upper and lower stages in the vertically long cylindrical space in the irradiation head 11 and the partition glass 18, and the lower end of the irradiation head 11 is irradiated. While being led out from the opening end, it is discharged to the outside through the gas injection nozzle 13 and irradiated to the welding surface P.

ガス供給管１４のガス吐出口は、レーザ照射ヘッド１１内の仕切りガラス１８のガラス面に向け、当該照射ヘッド１１の側壁に貫通させて取り付ける。そして、このガス供給管１４から噴射するアルゴンガスなどの乾いた不活性ガスにより仕切りガラス１８の表面の水を吹き飛ばし、水中下においても、当該ガラス１８の表面を乾き状態に保つことが可能な構造とする。   The gas discharge port of the gas supply pipe 14 is attached so as to penetrate the side wall of the irradiation head 11 toward the glass surface of the partition glass 18 in the laser irradiation head 11. And the structure which can blow off the surface water of the partition glass 18 with dry inert gas, such as argon gas injected from this gas supply pipe | tube 14, and can keep the surface of the said glass 18 dry also underwater. And

また、ガス噴射ノズル１３は、その上端側の内径がレーザ照射ヘッド１１の外径に合わせて形成され、当該照射ヘッド１１下端の開口端部に被さるように挿嵌されるもので、ノズル１３下端側の内径は、照射ヘッド１１の内径よりも狭く形成される。   Further, the gas injection nozzle 13 is formed so that the inner diameter of the upper end side thereof is matched with the outer diameter of the laser irradiation head 11 and is fitted so as to cover the opening end of the lower end of the irradiation head 11. The inner diameter on the side is formed narrower than the inner diameter of the irradiation head 11.

すなわち、ガス噴射ノズル１３は、レーザ照射ヘッド１１の下端開口部から照射出力されるレーザ光２３の照射光路と、同レーザ照射ヘッド１１の下端開口部を経て噴出される不活性ガスの噴射経路とを、一軸上に一体化するもので、このガス噴射ノズル１３は、レーザ照射ヘッド１１との挿嵌部分において、前記レーザ照射光路およびガス噴射経路に沿った矢印ａ，ｂで示す上下方向にスライドし、溶接施工面Ｐとのギャップ（ノズルギャップ）Ｘを可変可能な構造とする。   That is, the gas injection nozzle 13 includes an irradiation optical path of the laser light 23 irradiated and output from the lower end opening of the laser irradiation head 11, and an inert gas injection path ejected through the lower end opening of the laser irradiation head 11. The gas injection nozzle 13 is slid in the vertical direction indicated by arrows a and b along the laser irradiation optical path and the gas injection path at the portion where the laser irradiation head 11 is inserted. The gap (nozzle gap) X with the welding surface P is variable.

また、このガス噴射ノズル１３を挿嵌したレーザ照射ヘッド１１下端部の外周面には、シール部材としてのゴム板２４を張り付け、ガス噴射ノズル１３との隙間からガスが簡単に抜けない構造とする。   In addition, a rubber plate 24 as a seal member is attached to the outer peripheral surface of the lower end portion of the laser irradiation head 11 into which the gas injection nozzle 13 is inserted, so that the gas does not easily escape from the gap with the gas injection nozzle 13. .

ガス噴射ノズル１３は、ノズルギャップ調整機構１７の矢印Ａ，Ｂで示す直動により、ビーム１９，２０，２１を介し図中上下方向（矢印ａ，ｂ）、つまり前記レーザ照射光路およびガス噴射経路に沿ってスライドされ、当該噴射ノズル１３先端と溶接施工面Ｐとのギャップ（ノズルギャップ）Ｘが可変調整されるもので、これと共に、ビーム２０の先端には、溶接ワイヤ送り機構１６から導出延長された溶接ワイヤ送り管２２を取り付ける。   The gas injection nozzle 13 is moved in the vertical direction (arrows a and b) in the figure via the beams 19, 20, and 21, that is, the laser irradiation optical path and the gas injection path by linear movement indicated by arrows A and B of the nozzle gap adjusting mechanism 17. The gap (nozzle gap) X between the tip of the injection nozzle 13 and the welding work surface P is variably adjusted. At the same time, the tip of the beam 20 is extended from the welding wire feed mechanism 16. A welded wire feed pipe 22 is attached.

この溶接ワイヤ送り管２２のビーム２０の先端に対する取り付け方向は、溶接ワイヤ１５の繰り出し先が、レーザ照射ヘッド１１からガス噴射ノズル１３を通して照射されるレーザ光２３の光路上の溶接焦点範囲に交差する方向に設定される。   The welding wire feed tube 22 is attached to the tip of the beam 20 in such a manner that the delivery destination of the welding wire 15 intersects the welding focal range on the optical path of the laser beam 23 irradiated from the laser irradiation head 11 through the gas injection nozzle 13. Set to direction.

従って、この溶接ワイヤ送り管２２もノズルギャップ調整機構１７の矢印Ａ，Ｂで示す直動により、ガス噴射ノズル１３の上下スライドに伴い矢印ａ，ｂで示す同方向に上下スライドされるので、ガス噴射ノズル１３の先端からレーザ照射光路上の溶接ワイヤ１５との交差位置までの距離（Ｘ）、つまり溶接ワイヤ溶融位置までの距離（Ｘ）は、当該ガス噴射ノズル１３および溶接ワイヤ送り管２２の上下スライド位置（ａ←→ｂ）に関係なく不変に維持される。   Therefore, the welding wire feed pipe 22 is also slid up and down in the same direction shown by arrows a and b along with the vertical slide of the gas injection nozzle 13 by the linear movement shown by arrows A and B of the nozzle gap adjusting mechanism 17. The distance (X) from the tip of the injection nozzle 13 to the crossing position with the welding wire 15 on the laser irradiation optical path, that is, the distance (X) to the welding wire melting position is determined by the gas injection nozzle 13 and the welding wire feed tube 22. It remains unchanged regardless of the vertical slide position (a ← → b).

すなわち、このように構成された第１実施形態の水中溶接ヘッド１０によって水中でのレーザ溶接を行う場合には、まず当該水中溶接ヘッド１０をガス噴射ノズル１３のノズルギャップＸが適切なギャップになる施工面Ｐに相対した所定位置に設定する。   That is, when performing underwater laser welding with the underwater welding head 10 of the first embodiment configured as described above, first, the nozzle gap X of the gas injection nozzle 13 is set to an appropriate gap in the underwater welding head 10. It is set at a predetermined position relative to the construction surface P.

そして、ガス供給管１４から不活性ガスを吐出してレーザ照射ヘッド１１先端部の仕切りガラス１８に噴き付け、当該ガラス表面の水を吹き飛ばして乾き状態にすると共に、この不活性ガスをガス噴射ノズル１３を通過させて施工面Ｐへ噴射し、ノズル周辺部の水を吹き飛ばし、溶接施工部位を中心に部分的な気中空間を発生、維持する。   Then, an inert gas is discharged from the gas supply pipe 14 and sprayed onto the partition glass 18 at the tip of the laser irradiation head 11, and the water on the glass surface is blown off to a dry state. 13 is sprayed onto the construction surface P, and water around the nozzle is blown away to generate and maintain a partial aerial space around the welding construction site.

ガス噴射ノズル１３はノズルギャップ調整機構１７によってスライド可能となっているので、施工面Ｐとの隙間（ノズルギャップＸ）を適切に保つことが可能である。また、ノズルギャップ調整機構１７は、ガス噴射ノズル１３のスライド調整と同時に溶接ワイヤ送り管２２のスライド調整も行うので、溶接ワイヤ１５の先端をレーザ照射点に常に保つことが可能となる。   Since the gas injection nozzle 13 can be slid by the nozzle gap adjusting mechanism 17, the gap (nozzle gap X) with the construction surface P can be appropriately maintained. Further, since the nozzle gap adjusting mechanism 17 performs the slide adjustment of the welding wire feed tube 22 simultaneously with the slide adjustment of the gas injection nozzle 13, it is possible to always keep the tip of the welding wire 15 at the laser irradiation point.

つまり、水中溶接ヘッド１０のレーザ照射ヘッド１１からガス噴射ノズル１３を介してガスを噴射し施工面Ｐに吹き付けると共にレーザ光２３を照射して行う溶接作業中において、ガス噴射圧の影響などにより溶接ヘッド１０と施工面Ｐとの距離が変動する場合には、ノズルギャップ調整機構１７によってガス噴射ノズル１３および溶接ワイヤ送り管２２を共に上下スライド調整（ａ←→ｂ）し、ノズルギャップＸをレーザ照射光路上での溶接ワイヤ溶融位置が常に施工面Ｐと合うように一定維持することで、当該施工面Ｐ上の気中環境と溶接状態を安定に維持でき、上質な溶接を施すことができるようになる。   That is, during the welding operation performed by injecting gas from the laser irradiation head 11 of the underwater welding head 10 through the gas injection nozzle 13 and spraying the gas onto the construction surface P and irradiating the laser beam 23, welding is performed due to the influence of the gas injection pressure. When the distance between the head 10 and the construction surface P varies, the nozzle gap adjustment mechanism 17 adjusts both the gas injection nozzle 13 and the welding wire feed pipe 22 up and down (a ← → b), and the nozzle gap X is lasered. By maintaining the welding wire melting position on the irradiation optical path constant so as to always match the construction surface P, the air environment and welding state on the construction surface P can be stably maintained, and high-quality welding can be performed. It becomes like this.

したがって、前記構成の第１実施形態の水中溶接ヘッド１０によれば、当該溶接ヘッド１１と施工面Ｐとの設定距離に誤差が生じても、ガス噴射ノズル１３をスライド調整して適正な隙間（ノズルギャップＸ）を保つことが可能となり、ガス噴射ノズル１３を溶接施工対象面Ｐと接触させることなく、水中においても施工部位周辺のガス空間を正常に維持して水を排除し、良好な気中状態に保つことが可能となる。また、ガス噴射ノズル１３のスライド調整と同様に、溶接ワイヤ送り管２２による溶接ワイヤ１５の繰り出し位置も修正されるので、施工面Ｐに対し適切な溶接ワイヤ１５の挿入ポジションを維持することが可能となる。   Therefore, according to the underwater welding head 10 of the first embodiment having the above-described configuration, even if an error occurs in the set distance between the welding head 11 and the construction surface P, the gas injection nozzle 13 is slid to adjust an appropriate gap ( Nozzle gap X) can be maintained, the gas injection nozzle 13 is kept in contact with the welding work target surface P, the gas space around the construction site is maintained normally even in the water, and water is removed. It becomes possible to keep it in a middle state. Moreover, since the feeding position of the welding wire 15 by the welding wire feed pipe 22 is also corrected as in the slide adjustment of the gas injection nozzle 13, it is possible to maintain an appropriate insertion position of the welding wire 15 with respect to the construction surface P. It becomes.

よって、例え溶接施工面が平面でない場合でも、溶接部位の気体環境を安定に保持し、気中溶接と同程度の上質な溶接を実施することが可能になる。   Therefore, even if the welding surface is not flat, it is possible to stably maintain the gas environment at the welding site and perform high-quality welding similar to air welding.

（第２実施形態）
図２は本発明の第２実施形態に係る水中溶接ヘッド１０の構成を示す図である。 (Second Embodiment)
FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the underwater welding head 10 according to the second embodiment of the present invention.

すなわち、この第２実施形態の水中溶接ヘッド１０では、電磁コイルから成る渦電流式距離センサＡ２５をガス噴射ノズル１３の先端に取り付け固定し、施工面Ｐまでの距離x2を検出してノズルギャップＸを計測する。   That is, in the underwater welding head 10 of the second embodiment, an eddy current type distance sensor A25 made of an electromagnetic coil is attached and fixed to the tip of the gas injection nozzle 13, and the distance x2 to the construction surface P is detected to detect the nozzle gap X Measure.

また、同様にして、溶接ワイヤ送り管２２を支持しているビーム２０の下端にも渦電流式距離センサＢ２６を取り付け固定し、当該ビーム２０の先端と施工面Ｐとの距離x1を検出してガス噴射ノズル１３から施工進行方向Ｙへの直前に存在する施工面Ｐ上の凹凸を計測する。   Similarly, an eddy current type distance sensor B26 is attached and fixed to the lower end of the beam 20 supporting the welding wire feed tube 22, and the distance x1 between the tip of the beam 20 and the construction surface P is detected. The unevenness on the construction surface P existing immediately before the gas injection nozzle 13 in the construction progress direction Y is measured.

このように構成された第２実施形態の水中溶接ヘッド１０では、渦電流式距離センサＡ２５とＢ２６との各々のセンサから各相対する施工面Ｐまでの距離x1とx2を検出可能となり、溶接施工中にリアルタイムにノズルギャップＸを計測できると共に、施工点の直前に存在する施工面Ｐ上の凹凸を計測できるようになり、溶接ヘッド１０の施工進行方向Ｙへの移動に伴うノズルギャップＸの変動の増減方向、すなわち、レーザ照射ヘッド１１およびガス噴射ノズル１３から見た施工面Ｐの相対角度の計測も可能となる。   In the underwater welding head 10 of the second embodiment configured as described above, it becomes possible to detect the distances x1 and x2 from the respective sensors of the eddy current type distance sensors A25 and B26 to the respective work surfaces P facing each other. The nozzle gap X can be measured in real time, and the unevenness on the construction surface P existing immediately before the construction point can be measured, and the fluctuation of the nozzle gap X accompanying the movement of the welding head 10 in the construction progress direction Y can be measured. It is also possible to measure the relative angle of the construction surface P as viewed from the increase / decrease direction, that is, the laser irradiation head 11 and the gas injection nozzle 13.

したがって、前記構成の第２実施形態の水中溶接ヘッド１０によれば、水中溶接中は施工部周辺が水とガスの混合状態となるものの、渦電流式距離センサＡ２５，Ｂ２６は検出空間内の媒体が非磁性体であれば気体、液体の種別の差を受けないので、各ギャップx1,x2とも非接触で安定した検出が可能であり、溶接施工中に溶接ヘッド１０の施工面Ｐに対する傾きの変化とノズルギャップＸを計測しながらノズルギャップ調整機構１７によって当該ノズルギャップＸを最適値に一定保持することで、施工面Ｐを良好な気中状態に保つことができると共に、同施工面Ｐに対し適切な溶接ワイヤ１５の挿入ポジションを維持することが可能となる。   Therefore, according to the underwater welding head 10 of the second embodiment having the above-described configuration, the eddy current type distance sensors A25 and B26 are the medium in the detection space, although the periphery of the construction portion is in a mixed state of water and gas during underwater welding. If it is a non-magnetic material, there is no difference between the types of gas and liquid, so that each gap x1, x2 can be detected stably without contact, and the inclination of the welding head 10 with respect to the construction surface P can be detected during welding. While maintaining the nozzle gap X at an optimum value by the nozzle gap adjusting mechanism 17 while measuring the change and the nozzle gap X, the construction surface P can be kept in a good air condition, and the construction surface P can be maintained. On the other hand, an appropriate insertion position of the welding wire 15 can be maintained.

なお、渦電流式距離センサＡ２５，Ｂ２６の各センサ部は、細いエナメル線をコイル状に巻いただけの簡単な構成であるため、非常に小型にすることが可能であり、ガス噴射ノズル１３の先端やノズルギャップ調整ビーム２０の先端という限られたスペースにあっても容易に取り付け可能である。   Each sensor part of the eddy current type distance sensors A25 and B26 has a simple configuration in which a thin enamel wire is simply wound in a coil shape, and thus can be very small. And can be easily attached even in a limited space such as the tip of the nozzle gap adjusting beam 20.

（第３実施形態）
図３は本発明の第３実施形態に係る水中溶接ヘッド１０の構成を示す図である。 (Third embodiment)
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the underwater welding head 10 according to the third embodiment of the present invention.

すなわち、この第３実施形態の水中溶接ヘッド１０では、レーザ照射ヘッド１１内の光学レンズ１１ａ，１１ｂ間にハーフミラー３０を入れ、レーザ照射ビーム２３の施工面Ｐに対する照射点から得られる光を一部ハーフミラー３０で９０度横方向へ屈折させて該レーザ照射ヘッド１１の側面に設置した反射ミラー２９に送る。   That is, in the underwater welding head 10 of the third embodiment, the half mirror 30 is inserted between the optical lenses 11a and 11b in the laser irradiation head 11, and light obtained from the irradiation point on the construction surface P of the laser irradiation beam 23 is reduced. The half-mirror 30 refracts 90 degrees laterally and sends it to the reflection mirror 29 installed on the side surface of the laser irradiation head 11.

そして、この反射ミラー２９においてさらに９０度上方向へ屈折させたレーザ照射点からの光を、レーザ照射ヘッド１１の側面に平行に設置した水中カメラＢ２８に入るように構成する。なお、このレーザ照射点撮影用の水中カメラＢ２８には、図示はしていないがレーザ光をカットする色フィルタを装着し、レーザ照射中にワイヤ溶融点の観察が可能な水中カメラＢ２８とする。   Then, the light from the laser irradiation point further refracted 90 degrees upward in the reflection mirror 29 is configured to enter the underwater camera B28 installed in parallel to the side surface of the laser irradiation head 11. The underwater camera B28 for photographing a laser irradiation point is provided with a color filter (not shown) that cuts the laser light, and is an underwater camera B28 capable of observing a wire melting point during laser irradiation.

また、水中溶接ヘッド１０の筐体１０Ａの下端には、もう１つの水中カメラＡ２７を取り付ける。この水中カメラＡ２７の撮影視野は、ガス噴射ノズル１３の先端外側から施工面Ｐ上におけるレーザ照射ビーム２３のスポット光照射点までの範囲が十分入るようにして当該カメラの撮影方向を位置決めして調整する。   Further, another underwater camera A27 is attached to the lower end of the housing 10A of the underwater welding head 10. The photographing field of view of the underwater camera A27 is adjusted by positioning the photographing direction of the camera so that the range from the outer end of the gas injection nozzle 13 to the spot light irradiation point of the laser irradiation beam 23 on the construction surface P is sufficiently included. To do.

このように構成された第３実施形態の水中溶接ヘッド１０では、水中カメラＢ２８によって、施工中に溶接部位の溶け込み状態を観察可能となり、レーザ照射スポットの位置、溶融池の状態、溶接ワイヤ１５の挿入ポイントなどが観察可能となる。   In the underwater welding head 10 of the third embodiment configured as described above, it is possible to observe the penetration state of the welded part during construction by the underwater camera B28, and the position of the laser irradiation spot, the state of the molten pool, the welding wire 15 The insertion point can be observed.

また、水中カメラＡ２７ではガス噴射ノズル１３の先端外側からレーザ照射ポイントの範囲を観察することが可能となり、溶接施工前にその施工面Ｐの目視検査、施工ポイントの位置決め、画像処理による距離計測などが可能となる。また施工終了後の施工後検査にも使用可能である。   In addition, the underwater camera A27 can observe the range of the laser irradiation point from the outside of the tip of the gas injection nozzle 13. Visual inspection of the construction surface P, positioning of the construction point, distance measurement by image processing, etc. before welding construction. Is possible. It can also be used for post-construction inspection after construction.

したがって、前記構成の第３実施形態の水中溶接ヘッド１０によれば、何れも当該溶接ヘッド１０に内蔵・固定した水中カメラＢ２８によって施工面Ｐ上のレーザ照射点（２３）をその正面から観察できるのと共に、水中カメラＡ２７によって施工部位周辺における施工前の状態の画像、施工中の画像、施工後の画像のそれぞれを取得でき、特に施工前や施工後の画像を分析処理して施工部位の距離（ノズルギャップＸなど）が計測となる。   Therefore, according to the underwater welding head 10 of the third embodiment having the above-described configuration, the laser irradiation point (23) on the construction surface P can be observed from the front by the underwater camera B28 built in and fixed to the welding head 10. In addition, the underwater camera A27 can acquire the pre-construction image, the construction image, and the post-construction image in the vicinity of the construction site. (Nozzle gap X, etc.) is measured.

よって、例えば実際の溶接施工前に施工パスの軌道上の各点におけるレーザ照射ヘッド１１と施工面Ｐとの相対距離、つまりノズルギャップＸを計測しておくことにより、これをＮＣ工作ロボットなどによる施工パスの軌道制御にフィードバックして利用することが可能となる。   Therefore, for example, by measuring the relative distance between the laser irradiation head 11 and the construction surface P at each point on the track of the construction path, that is, the nozzle gap X, before the actual welding construction, this is performed by an NC machine robot or the like. It is possible to use it by feeding back to the track control of the construction path.

（第４実施形態）
図４は本発明の第４実施形態に係る水中溶接ヘッド１０の構成を示す図である。 (Fourth embodiment)
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the underwater welding head 10 according to the fourth embodiment of the present invention.

すなわち、この第４実施形態の水中溶接ヘッド１０では、例えば渦電流式距離センサＡ２５およびＢ２６を取り付けて各位置における施工面Ｐとの各間隔x1,x2を検出するようにした前記第２実施形態における水中溶接ヘッド１０の溶接ワイヤ送り管２２に対して、当該溶接ワイヤ送り管２２を通して繰り出される溶接ワイヤ１５の移動量（ワイヤ繰り出し量）をリアルタイムに検出するための電磁流量計３１を取り付けて構成する。   That is, in the underwater welding head 10 of the fourth embodiment, for example, the eddy current type distance sensors A25 and B26 are attached to detect the distances x1 and x2 with the construction surface P at each position. An electromagnetic flow meter 31 for detecting in real time the amount of movement (wire feed amount) of the welding wire 15 fed through the welding wire feed tube 22 is attached to the welding wire feed tube 22 of the underwater welding head 10 in FIG. To do.

この場合、溶接ワイヤ送り管２２は非金属材料で構成し、管内部を通過する溶接ワイヤ１５の移動量を電磁流量計３１で計測可能にする。   In this case, the welding wire feed pipe 22 is made of a non-metallic material, and the moving amount of the welding wire 15 passing through the pipe can be measured by the electromagnetic flow meter 31.

このように構成された第４実施形態の水中溶接ヘッド１０では、溶接ワイヤ送り管２２の中を通過する溶接ワイヤ１５の移動量（移動速度）を電磁流量計３１によって実測値で計測できるので、溶接ワイヤ送り機構１６によって送り出される溶接ワイヤ１５の繰り出し量（移動速度）と溶接ワイヤ送り管３１から繰り出される溶接ワイヤ１５の移動量（移動速度）とを比較して、溶接ワイヤ送り機構１６からレーザ照射点２３（ワイヤ溶融点）までの間での溶接ワイヤ１５の送り経路で異常が発生していないかどうかを判別できるようになる。   In the underwater welding head 10 of the fourth embodiment configured as described above, the moving amount (moving speed) of the welding wire 15 passing through the welding wire feed tube 22 can be measured by the electromagnetic flow meter 31 as an actual measurement value. The amount of movement (moving speed) of the welding wire 15 fed out by the welding wire feed mechanism 16 and the amount of movement (moving speed) of the welding wire 15 fed out from the welding wire feed pipe 31 are compared. It becomes possible to determine whether or not an abnormality has occurred in the feeding path of the welding wire 15 up to the irradiation point 23 (wire melting point).

したがって、前記構成の第４実施形態の水中溶接ヘッド１０によれば、溶接施工中にあっても、渦電流式距離センサＡ２５およびＢ２６によって施工面Ｐとのギャップx1,x2を検出することで、ノズルギャップ調整機構１７によって施工面ＰとのノズルギャップＸを適切に調整して施工面Ｐを良好な気中状態に保つことができると共に、同施工面Ｐに対し適切な溶接ワイヤ１５の挿入ポジションを維持することが可能となり、しかも、溶接ワイヤ１５の送り状態の正常、異常をリアルタイムに判別することが可能となる。   Therefore, according to the underwater welding head 10 of the fourth embodiment having the above-described configuration, by detecting the gaps x1 and x2 with the construction surface P by the eddy current type distance sensors A25 and B26 even during welding construction, The nozzle gap X can be appropriately adjusted by the nozzle gap adjustment mechanism 17 to keep the construction surface P in a good air condition, and the insertion position of the welding wire 15 appropriate to the construction surface P can be maintained. In addition, it is possible to determine whether the feeding state of the welding wire 15 is normal or abnormal in real time.

（第５実施形態）
図５は本発明の第５実施形態に係る水中溶接ヘッド１０のノズルギャップ調整機構１７を抜き出して示す図である。 (Fifth embodiment)
FIG. 5 is an extracted view of the nozzle gap adjusting mechanism 17 of the underwater welding head 10 according to the fifth embodiment of the present invention.

この第５実施形態に係る水中溶接ヘッド１０のノズルギャップ調整機構１７は、前記図１における第１実施形態〜図４における第４実施形態の何れの水中溶接ヘッド１０のノズルギャップ調整機構１７としても適用することができる。   The nozzle gap adjustment mechanism 17 of the underwater welding head 10 according to the fifth embodiment is the nozzle gap adjustment mechanism 17 of any of the underwater welding heads 10 of the first embodiment in FIG. 1 to the fourth embodiment in FIG. Can be applied.

このノズルギャップ調整機構１７は、主に、水中駆動のＡＣサーボモータ４１、タイミングベルト４２、ボールネジ４３、リニアガイド４４をハウジング１７Ａに取り付けて構成される。   The nozzle gap adjusting mechanism 17 is mainly configured by attaching an underwater drive AC servo motor 41, a timing belt 42, a ball screw 43, and a linear guide 44 to the housing 17A.

前記水中駆動のＡＣサーボモータ４１は、共に表面を耐水仕様の絶縁材でコーティングした電磁コイル４１ａと磁石（可動子）４１ｂからなる磁気式レゾルバから構成し、軸シール不要で水中での駆動を可能としたＡＣサーボモータである。   The underwater drive AC servo motor 41 is composed of a magnetic resolver consisting of an electromagnetic coil 41a and a magnet (movable element) 41b whose surfaces are coated with a water-resistant insulating material, and can be driven in water without the need for a shaft seal. AC servo motor.

リニアガイド４４のスライドテーブル４４ａはボールネジ４３のボールナット４３ａ、ビーム１９と結合しＡＣサーボモータ４１の回転により上下に駆動可能な構成となっている。   The slide table 44 a of the linear guide 44 is coupled to the ball nut 43 a of the ball screw 43 and the beam 19 and can be driven up and down by the rotation of the AC servo motor 41.

すなわち、この第５実施形態における水中溶接ヘッド１０のノズルギャップ調整機構１７では、モータ部、磁気式レゾルバともにブラシレス式あるため、給電部の絶縁対策と磁石・鉄心の防錆対策のみ行えば、軸シール不要の水中駆動のＡＣサーボモータ４１を提供できる。そして、このＡＣサーボモータ４１の回転はタイミングベルト４２と通じてボールネジ４３を回転駆動し、これに伴いボールナット４３ａを上下動させてリニアガイド４４をガイドにしてノズルギャップ調整ビーム１９の上下方向直動運動Ａ←→Ｂに変換することができる。   That is, in the nozzle gap adjustment mechanism 17 of the underwater welding head 10 in the fifth embodiment, since both the motor unit and the magnetic resolver are brushless, if only the insulation measures for the power feeding portion and the rust prevention measures for the magnet / iron core are performed, the shaft It is possible to provide an underwater drive AC servomotor 41 that does not require sealing. Then, the rotation of the AC servo motor 41 is driven to rotate the ball screw 43 through the timing belt 42, and the ball nut 43a is moved up and down accordingly, and the linear guide 44 is used as a guide to move the nozzle gap adjusting beam 19 in the vertical direction. The dynamic motion can be converted into A ← → B.

したがって、前記構成の第５実施形態における水中溶接ヘッド１０のノズルギャップ調整機構１７によれば、水中において駆動が可能で、しかも正確な位置・速度制御が可能なＡＣサーボモータ４１による駆動のノズルギャップ調整用の直動機構１７を提供できるので、ビーム１９，２１を介してガス噴射ノズル１３と溶接ワイヤ送り管２２とを共に上下方向Ａ←→Ｂに精度良く移動変化させることが可能となり、ノズルギャップＸと溶接ワイヤ１５の送り込み位置とを正確に定位置に保持することが可能になる。   Therefore, according to the nozzle gap adjusting mechanism 17 of the underwater welding head 10 in the fifth embodiment having the above-described configuration, the nozzle gap driven by the AC servo motor 41 that can be driven in water and can be accurately controlled in position and speed. Since the linear motion mechanism 17 for adjustment can be provided, both the gas injection nozzle 13 and the welding wire feed tube 22 can be accurately moved and changed in the vertical direction A ← → B via the beams 19 and 21. It is possible to accurately maintain the gap X and the feeding position of the welding wire 15 at a fixed position.

なお、この第５実施形態における水中溶接ヘッド１０のノズルギャップ調整機構１７で使用する軸シール不要な水中仕様のＡＣサーボモータ４１は、軸シール付きのＡＣサーボモータに比較して、モータ全長が短く、かつモータ出力が高い（軸シールでの損失トルクが不要）という利点を有する。   The underwater specification AC servomotor 41 that does not require a shaft seal and is used in the nozzle gap adjustment mechanism 17 of the underwater welding head 10 in the fifth embodiment has a shorter overall motor length than an AC servomotor with a shaft seal. And, the motor output is high (the loss torque at the shaft seal is unnecessary).

（第６実施形態）
図６は本発明の第６実施形態に係る水中溶接ヘッド１０のノズルギャップ調整機構１７を抜き出して示す図である。 (Sixth embodiment)
FIG. 6 is a drawing showing the nozzle gap adjusting mechanism 17 of the underwater welding head 10 according to the sixth embodiment of the present invention.

この第６実施形態に係る水中溶接ヘッド１０のノズルギャップ調整機構１７は、前記図１における第１実施形態〜図４における第４実施形態の何れの水中溶接ヘッド１０のノズルギャップ調整機構１７としても適用することができる。   The nozzle gap adjusting mechanism 17 of the underwater welding head 10 according to the sixth embodiment is the nozzle gap adjusting mechanism 17 of any of the underwater welding heads 10 of the first embodiment in FIG. 1 to the fourth embodiment in FIG. Can be applied.

このノズルギャップ調整機構１７は、主に、水中駆動のシャフトモータ５１、リニアインダクトコーダ５２、リニアガイド５３をハウジング１７Ａに取り付けて構成される。   The nozzle gap adjusting mechanism 17 is mainly configured by attaching a submerged drive shaft motor 51, a linear induct coder 52, and a linear guide 53 to the housing 17A.

シャフトモータ５１とリニアインダクトコーダ５２、リニアガイド５３の動作軸はすべて上下方向に平行であり、シャフトモータ５１の可動子５１ａとリニアインダクトコータ５２のセンサヘッド５２ａとリニアガイド５３のスライドテーブル５３ａとはすべて同じ部材で結合される。そして、シャフトモータ５１の回転駆動に伴う可動子５１ａの上下動作により、当該可動子５１ａに連結されたノズルギャップ調整ビーム１９が上下方向にスライドされる。   The operating axes of the shaft motor 51, the linear induct coder 52, and the linear guide 53 are all parallel to the vertical direction, and the movable element 51a of the shaft motor 51, the sensor head 52a of the linear induct coater 52, and the slide table 53a of the linear guide 53. Are all joined by the same member. The nozzle gap adjusting beam 19 connected to the movable element 51a is slid in the vertical direction by the vertical movement of the movable element 51a accompanying the rotational drive of the shaft motor 51.

すなわち、この第６実施形態における水中溶接ヘッド１０のノズルギャップ調整機構１７では、水中において駆動な可能なシャフトモータ５１によってノズルギャップ調整ビーム１９に対する上下方向の直動運動を実現でき、しかも、この直動運動の位置フィードバック信号をシャフトモータ５１と平行に配置したリニアインダクトコーダ５２によって計測することで、サーボ式駆動部として実現できる。   That is, in the nozzle gap adjusting mechanism 17 of the underwater welding head 10 in the sixth embodiment, the linear motion in the vertical direction with respect to the nozzle gap adjusting beam 19 can be realized by the shaft motor 51 that can be driven in water. By measuring the position feedback signal of the dynamic motion by the linear induct coder 52 arranged in parallel with the shaft motor 51, it can be realized as a servo drive unit.

したがって、前記構成の第６実施形態における水中溶接ヘッド１０のノズルギャップ調整機構１７によれば、水中において、正確な位置・速度制御が可能なＡＣサーボ式の直動機構を提供できるので、ビーム１９，２１を介してガス噴射ノズル１３と溶接ワイヤ送り管２２とを共に上下方向Ａ←→Ｂに精度良く移動変化させることが可能となり、ノズルギャップＸと溶接ワイヤ１５の送り込み位置とを正確に定位置に保持することが可能になる。   Therefore, according to the nozzle gap adjusting mechanism 17 of the underwater welding head 10 in the sixth embodiment having the above-described configuration, an AC servo type linear motion mechanism capable of accurate position / speed control in water can be provided. , 21, both the gas injection nozzle 13 and the welding wire feed pipe 22 can be accurately moved and changed in the vertical direction A ← → B, and the nozzle gap X and the feeding position of the welding wire 15 can be accurately determined. It becomes possible to hold in position.

なお、リニアインダクトコーダ５２を採用することにより、シャフトモータ５１の動作可能な全域での絶対位置の計測が可能となり、このリニアインダクトコーダ５２をシャフトモータ５１のサーボ駆動用の位置フィードバックセンサとし使用する他に、動作軸の原点復帰のリミットスイッチ、動作限界のリミットスイッチとしても使用でき、１つのセンサ（５２）によってノズルギャップ調整機構１７のサーボ駆動機構に必要なセンサをすべて満足できる効果を有する。   By adopting the linear induct coder 52, it becomes possible to measure the absolute position in the entire operable range of the shaft motor 51. The linear induct coder 52 is used as a position feedback sensor for servo drive of the shaft motor 51. In addition to the use, it can also be used as a limit switch for returning to the origin of the operation axis and a limit switch for the operation limit. With one sensor (52), all the sensors necessary for the servo drive mechanism of the nozzle gap adjustment mechanism 17 can be satisfied. Have.

（第７実施形態）
図７は本発明の第７実施形態に係る水中溶接ヘッド１０のノズルギャップ調整機構１７の構成を示す図である。 (Seventh embodiment)
FIG. 7 is a view showing the configuration of the nozzle gap adjusting mechanism 17 of the underwater welding head 10 according to the seventh embodiment of the present invention.

この第７実施形態に係る水中溶接ヘッド１０のノズルギャップ調整機構１７は、前記図１における第１実施形態〜図４における第４実施形態の何れの水中溶接ヘッド１０のノズルギャップ調整機構１７としても適用することができる。   The nozzle gap adjusting mechanism 17 of the underwater welding head 10 according to the seventh embodiment is the nozzle gap adjusting mechanism 17 of any of the underwater welding heads 10 of the first embodiment in FIG. 1 to the fourth embodiment in FIG. Can be applied.

このノズルギャップ調整機構１７は、ふたつのバネ状の形状記憶合金６１と６２を用い、リニアガイド６３のスライドテーブル６３ａを駆動するように構成する。   The nozzle gap adjusting mechanism 17 is configured to drive the slide table 63 a of the linear guide 63 using two spring-like shape memory alloys 61 and 62.

形状記憶合金（６１，６２）とは、加熱することによりある温度（変態温度）を超えると形状が変化する材質である。本実施形態では、適用環境の水中の温度以上で変態する２つのバネ状の形状記憶合金６１，６２を採用にすることにより、温度制御によってバネの伸縮量が変化するリニアアクチュエータとして用いる。   Shape memory alloys (61, 62) are materials whose shape changes when heated above a certain temperature (transformation temperature). In this embodiment, the two spring-shaped shape memory alloys 61 and 62 that are transformed at a temperature equal to or higher than the temperature of the underwater in the application environment are employed, so that it is used as a linear actuator in which the amount of expansion and contraction of the spring is changed by temperature control.

なお、水中での適用を実現するために、形状記憶合金６１，６２の全体とその給電ケーブル（図示せず）との接続部などは、すべて耐水絶縁性の弾性樹脂によって被覆する加工を施す。   In addition, in order to implement | achieve application in water, the process which coat | covers all the connection parts of the whole shape memory alloys 61 and 62, and its electric power feeding cable (not shown) etc. with a water resistant insulation elastic resin is given.

すなわち、この第７実施形態における水中溶接ヘッド１０のノズルギャップ調整機構１７では、一方の形状記憶合金６１または６２に直接電流を流すと、当該電流を流した形状記憶合金の電気抵抗により合金自体が発熱し温度が上がって変態温度に近づき、縮み方向に張力が発生する。この形状記憶合金６１，６２の変態時の収縮弾性力は非変態時の弾性力よりも高いので、電流を流していないもう一方の形状記憶合金は伸張され、両方の張力の釣合うポイントまでスライドテーブル６３ａを移動させて、ノズルギャップ調整ビーム１９に対する上下方向Ａ←→Ｂの直動アクチュエータを構成できる。   That is, in the nozzle gap adjusting mechanism 17 of the underwater welding head 10 in the seventh embodiment, when a current is directly applied to one shape memory alloy 61 or 62, the alloy itself is caused by the electrical resistance of the shape memory alloy that has caused the current to flow. Heat is generated, the temperature rises, approaches the transformation temperature, and tension is generated in the shrinking direction. Since the contraction elastic force at the time of transformation of these shape memory alloys 61 and 62 is higher than the elastic force at the time of non-transformation, the other shape memory alloy not carrying the current is stretched and slid to the point where both tensions are balanced. By moving the table 63a, a linear actuator in the vertical direction A ← → B with respect to the nozzle gap adjusting beam 19 can be configured.

この形状記憶合金６１，６２による直動アクチュエータを使用したノズルギャップ調整機構１７の場合、その伸縮変形量は抵抗値変化で読み取ることができるので、前記第５，第６実施形態において示したモータ駆動系のノズルギャップ調整機構１７のように、ポジションセンサやリニアセンサなどを別途用意して位置検出を行う必要はない。   In the case of the nozzle gap adjusting mechanism 17 using the linear motion actuator made of the shape memory alloys 61 and 62, the expansion / contraction deformation amount can be read by the resistance value change, so that the motor drive shown in the fifth and sixth embodiments is performed. Unlike the nozzle gap adjusting mechanism 17 of the system, it is not necessary to prepare a position sensor, a linear sensor, or the like separately for position detection.

したがって、前記構成の第７実施形態における水中溶接ヘッド１０の形状記憶合金６１，６２を使用したノズルギャップ調整機構１７によれば、前記第４実施形態でのＡＣサーボモータ４１や前記第５実施形態でのシャフトモータ５１などのアクチュエータを使用した場合に比較して、極めて小型で高出力の直動機構を構成することができ、しかも水中での適用性もより高くすることができる。   Therefore, according to the nozzle gap adjusting mechanism 17 using the shape memory alloys 61 and 62 of the underwater welding head 10 in the seventh embodiment having the above-described configuration, the AC servomotor 41 in the fourth embodiment and the fifth embodiment are used. Compared with the case where an actuator such as the shaft motor 51 is used, an extremely small and high output linear motion mechanism can be configured, and the applicability in water can be further increased.

なお、形状記憶合金には、冷却が自然放熱となるため気中環境では冷却時の戻りに非常に時間がかかるという欠点を有するが、本水中溶接ヘッド１０での実施形態の場合は、水中使用であるために放熱が早く、応答性の速いノズルギャップ調整機構１７を提供することが可能である。   Note that the shape memory alloy has a disadvantage that it takes a very long time to return at the time of cooling in the air environment because the cooling is naturally radiated, but in the case of the embodiment of the present underwater welding head 10, it is used underwater. Therefore, it is possible to provide the nozzle gap adjusting mechanism 17 that is fast in heat dissipation and quick in response.

（第８実施形態）
図８は本発明の第８実施形態に係る水中溶接ヘッド１０の構成を示す図である。 (Eighth embodiment)
FIG. 8 is a view showing the configuration of the underwater welding head 10 according to the eighth embodiment of the present invention.

この第８実施形態の水中溶接ヘッド１０では、ノズルギャップ調整機構１７によって上下方向に直動調整されるガス噴射ノズル１３と固定側のレーザ照射ヘッド１１との間に、その相対位置を検出計測するためのリニアインダクトコーダ７１を取り付ける。   In the underwater welding head 10 of the eighth embodiment, the relative position is detected and measured between the gas injection nozzle 13 that is linearly adjusted in the vertical direction by the nozzle gap adjustment mechanism 17 and the fixed laser irradiation head 11. A linear induct coder 71 is attached.

リニアインダクトコーダ７１のセンサロッド７１ａは、ガス噴射ノズル１３の上端部に対して固定側のレーザ照射ヘッド１１の側壁面と平行になるように固定し、またセンサヘッド７１ｂは、当該ヘッド７１ｂ内をセンサロッド７１ａが貫通してスライド可能な状態にしてレーザ照射ヘッド１１の側面に固定する。   The sensor rod 71a of the linear induct coder 71 is fixed so as to be parallel to the side wall surface of the laser irradiation head 11 on the fixed side with respect to the upper end portion of the gas injection nozzle 13, and the sensor head 71b is disposed in the head 71b. Is fixed to the side surface of the laser irradiation head 11 so that the sensor rod 71a can pass therethrough and be slidable.

このリニアインダクトコーダ７１によって、可動側のガス噴射ノズル１３と固定側のレーザ照射ヘッド１１との間の相対位置を検出することで、ノズルギャップ調整機構１７における動作部の原点復帰、動作限界リミット検知、現在位置の計測が可能である。   By detecting the relative position between the movable gas injection nozzle 13 and the fixed laser irradiation head 11 by the linear induct coder 71, the operation of the nozzle gap adjusting mechanism 17 to return to the origin and the operation limit limit. Detection and measurement of the current position are possible.

すなわち、この第８実施形態における水中溶接ヘッド１０では、ノズルギャップ調整機構１７によってガス噴射ノズル１３および溶接ワイヤ送り管２２が共に上下方向ａ←→Ｂに移動調整されると、これに伴いリニアインダクトコーダ７１のセンサロッド７１ａがセンサヘッド７１ｂ内を上下スライドし、このセンサヘッド７１ｂにおいてガス噴射ノズル１３および溶接ワイヤ送り管２２の現在位置を絶対位置情報として計測することが可能となる。   That is, in the underwater welding head 10 according to the eighth embodiment, when the gas injection nozzle 13 and the welding wire feed pipe 22 are both moved and adjusted in the vertical direction a ← → B by the nozzle gap adjusting mechanism 17, The sensor rod 71a of the duct coder 71 slides up and down in the sensor head 71b, and the sensor head 71b can measure the current positions of the gas injection nozzle 13 and the welding wire feed pipe 22 as absolute position information.

したがって、前記構成の第８実施形態における水中溶接ヘッド１０によれば、ノズルギャップ調整機構１７によって実際に移動調整されるガス噴射ノズル１３とレーザ照射ヘッド１１との相対位置関係を直接計測することが可能となり、ノズルギャップ調整機構１７内部で発生するガタやバックラッシュなどによる位置決め誤差、ビーム１９，２１のたわみ等の影響を受けないので、ノズルギャップＸおよび溶接ワイヤ１５の送り込み位置の精度の高い位置合わせが実現できる。   Therefore, according to the underwater welding head 10 in the eighth embodiment having the above-described configuration, it is possible to directly measure the relative positional relationship between the gas injection nozzle 13 and the laser irradiation head 11 that are actually moved and adjusted by the nozzle gap adjustment mechanism 17. This is possible and is not affected by positioning errors due to backlash or backlash generated in the nozzle gap adjusting mechanism 17 and deflection of the beams 19 and 21, so that the nozzle gap X and the welding wire 15 feed position are highly accurate. Matching can be realized.

また、リニアインダクトコーダ７１は、その検出範囲の全域にてリニアに絶対位置での計測が可能なため、原点復帰や動作限界のリミットスイッチとしても併用でき、万が一、電源喪失などの障害が発生した場合でも、通電復帰後、現在位置を簡単に復帰させることが可能である等の信頼性・安全性も有する。   In addition, the linear induct coder 71 can measure in absolute position linearly over the entire detection range, so it can also be used as a limit switch for return-to-origin or operation limit. Even in such a case, after the energization is restored, the current position can be easily restored, and reliability and safety are also provided.

（第９実施形態）
図９は本発明の第９実施形態に係る水中溶接装置の全体構成を示す図であり、図１０は同水中溶接装置の制御システムの構成を示すブロック図である。 (Ninth embodiment)
FIG. 9 is a diagram showing an overall configuration of an underwater welding apparatus according to a ninth embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a control system of the underwater welding apparatus.

この水中溶接装置では、水中溶接ヘッド１０を多自由度多関節のＮＣ工作ロボット８１によって水槽８３内の溶接施工対象物８４の施工面Ｐに対峙させると共に、この水中溶接ヘッド１０におけるガス噴射ノズル１３および溶接ワイヤ送り管２２によるレーザ照射の溶接ポイントを当該施工面Ｐ上の施工範囲に対応させて移動させながら水中溶接を実施する。   In this underwater welding apparatus, the underwater welding head 10 is opposed to the construction surface P of the welding work object 84 in the water tank 83 by the multi-degree-of-freedom multi-joint NC machine robot 81 and the gas injection nozzle 13 in the underwater welding head 10. And underwater welding is carried out while moving the welding point of laser irradiation by the welding wire feed tube 22 in correspondence with the construction range on the construction surface P.

この第９実施形態の水中溶接装置で使用する水中溶接ヘッド１０は、図１２（Ａ）に示すように、前記第２，第４実施形態（図２，図４参照）にて示した渦電流式距離センサＡ２５，Ｂ２６、電磁流量計３１、および前記第３実施形態（図３参照）にて示した水中カメラＡ２７，Ｂ２８を共に備えた溶接ヘッドとして構成される。   As shown in FIG. 12A, the underwater welding head 10 used in the underwater welding apparatus of the ninth embodiment is an eddy current shown in the second and fourth embodiments (see FIGS. 2 and 4). It is comprised as a welding head provided with both type | formula distance sensor A25, B26, the electromagnetic flowmeter 31, and the underwater camera A27, B28 shown in the said 3rd Embodiment (refer FIG. 3).

この水中溶接ヘッド１０において入出力されるノズルギャップ調整機構１７の制御信号線、溶接ワイヤ送り機構１６の制御信号線、渦電流式距離センサＡ２５，Ｂ２６および電磁流量計３１それぞれの検出信号線、水中カメラＡ２７，Ｂ２８による入力画像信号線、レーザ照射ヘッド１１に対するレーザ光供給線および不活性ガス供給管をそれぞれ束ねた溶接ヘッド制御ケーブル８２は、装置制御システムに導入されてコンピュータ制御の溶接制御部９１やガス供給部９４、レーザ発生部９５に接続される。   The control signal line of the nozzle gap adjusting mechanism 17 input / output in the underwater welding head 10, the control signal line of the welding wire feed mechanism 16, the detection signal lines of the eddy current type distance sensors A 25 and B 26 and the electromagnetic flow meter 31, A welding head control cable 82 in which an input image signal line from the cameras A27 and B28, a laser light supply line to the laser irradiation head 11 and an inert gas supply pipe are bundled is introduced into the apparatus control system and is a computer-controlled welding control unit 91. And a gas supply unit 94 and a laser generation unit 95.

また、ＮＣ工作ロボット８１に対するＮＣ制御信号線８５も、装置制御システムに導入されてロボット制御部９６に接続される。   An NC control signal line 85 for the NC machine robot 81 is also introduced into the apparatus control system and connected to the robot controller 96.

図１０における装置制御システムの溶接制御部９１は、例えばパーソナルコンピュータのＣＰＵ(central processing unit)によって構成され、ハードディスクなどのＲＯＭ９２に記憶された制御プログラムに従って各部の動作を制御するもので、この溶接制御部９１には、図示しない各種対応の入出力インターフェイスを介して溶接ワイヤ送り機構１６、ノズルギャップ調整機構１７、ガス供給部９４、レーザ発生部９５、ロボット（ＮＣ）制御部９６が接続されると共に、渦電流式距離センサＡ２５，Ｂ２６、水中カメラＡ２７，Ｂ２８、電磁流量計３１が接続され、さらに、各種の制御に必要な作業データが記憶されるＲＡＭ９３が接続される。   The welding control unit 91 of the apparatus control system in FIG. 10 is configured by, for example, a CPU (central processing unit) of a personal computer, and controls the operation of each unit according to a control program stored in a ROM 92 such as a hard disk. A welding wire feed mechanism 16, a nozzle gap adjustment mechanism 17, a gas supply unit 94, a laser generation unit 95, and a robot (NC) control unit 96 are connected to the unit 91 through various input / output interfaces not shown. The eddy current type distance sensors A25 and B26, the underwater cameras A27 and B28, and the electromagnetic flow meter 31 are connected, and further, a RAM 93 for storing work data necessary for various controls is connected.

ＲＡＭ９３に記憶される作業データとしては、ロボット制御部９６によってＮＣ工作ロボット８１に制御信号を供給し、予め計算された施工パスに従って水中溶接ヘッド１０を施工面Ｐ上の溶接施工範囲で移動させるためのロボット制御計算値９３ａ、実際の溶接施工の実施前においてロボット制御計算値９３ａに従った水中溶接ヘッド１０の仮の移動制御を行い、水中カメラＡ２７から得られるガス噴射ノズル１３先端の周辺画像を解析して実測される施工パス上各点の実測ノズルギャップＸであるプロファイル実測値９３ｂ、このプロファイル実測値９３ｂと目標ノズルギャップＸ0との誤差に基づき計算された施工パス補正値（軌道修正値）９３ｃ、渦電流式距離センサＡ２７によって検出計測された溶接施工中のノズルギャップ検出値９３ｄ、この溶接施工中におけるノズルギャップ検出値９３ｄと目標ノズルギャップＸ0との誤差Ｘcであるノズルギャップ目標誤差値９３ｅ、各渦電流式距離センサＡ２５とＢ２６とに検出される溶接ヘッド１０先端前後での施工面Ｐまでの各距離x1,x2に基づき計算されるヘッド傾き検出値９３ｆ、溶接ワイヤ送り機構１６による溶接ワイヤ１５の定速繰り出し量と電磁流量計３１により検出される溶接ワイヤ送り管２２での同ワイヤ繰り出し量との差に基づき計算されるワイヤ送り負荷検出値９３ｇ、このワイヤ送り負荷検出値９３ｇと目標負荷値とに基づき計算されるワイヤ送り負荷目標誤差値９３ｈがそれぞれ記憶される。   As the work data stored in the RAM 93, a control signal is supplied to the NC machine robot 81 by the robot controller 96, and the underwater welding head 10 is moved within the welding construction range on the construction surface P according to the construction path calculated in advance. The preliminary movement control of the underwater welding head 10 according to the robot control calculation value 93a and the robot control calculation value 93a before the actual welding operation is performed, and the peripheral image of the tip of the gas injection nozzle 13 obtained from the underwater camera A27 is obtained. The profile actual measurement value 93b, which is the actual measurement nozzle gap X at each point on the construction path that is measured and analyzed, and the construction path correction value (orbit correction value) calculated based on the error between this profile actual measurement value 93b and the target nozzle gap X0. 93c, Nozzle gap detection value during welding construction detected and measured by eddy current type distance sensor A27 93d, a nozzle gap target error value 93e, which is an error Xc between the nozzle gap detection value 93d and the target nozzle gap X0 during welding, and the front and back of the welding head 10 detected by the eddy current type distance sensors A25 and B26. The head inclination detection value 93f calculated based on the distances x1 and x2 to the construction surface P, the constant speed feed amount of the welding wire 15 by the welding wire feed mechanism 16, and the welding wire feed pipe 22 detected by the electromagnetic flow meter 31. The wire feed load detection value 93g calculated based on the difference between the wire feed amount and the wire feed load detection value 93g and the target load value calculated based on the wire feed load detection value 93h are stored. .

次に、前記構成の水中溶接装置の動作について説明する。   Next, the operation of the underwater welding apparatus having the above configuration will be described.

図１１は本実施形態に係る水中溶接装置のプロファイル計測オフライン処理を示すフローチャートであり、図１２は同水中溶接装置で使用する水中溶接ヘッド１０の構成と施工面Ｐ（８４）に対するガイド光Ｐoのスポット照射時の水中カメラＡ２７による撮影画像を示す図である。また、図１３は同水中溶接装置のプロファイル計測オフライン処理により得られる施工開始点Ｐs〜施工終了点Ｐe間でのプロファイル実測値（実測ノズルギャップＸ）９３ｂと許容ノズルギャップ誤差範囲Ｘrとの修正誤差Ｘcを示す図である。   FIG. 11 is a flowchart showing the profile measurement offline processing of the underwater welding apparatus according to the present embodiment, and FIG. 12 shows the configuration of the underwater welding head 10 used in the underwater welding apparatus and the guide light Po with respect to the construction surface P (84). It is a figure which shows the picked-up image by underwater camera A27 at the time of spot irradiation. FIG. 13 shows a correction error between the actually measured profile value (measured nozzle gap X) 93b and the allowable nozzle gap error range Xr between the construction start point Ps and the construction end point Pe obtained by the profile measurement offline processing of the underwater welding apparatus. It is a figure which shows Xc.

まず、水中溶接装置では、ＮＣ工作ロボット８１の座標と溶接施工対象物８４（Ｐ）との相対座標に基づき、ＣＡＤ設計データを元にした適切なレーザ溶接を実施するための施工パスを計算し、ロボット制御計算値９３ａとして設定記憶する（ステップＳ１）。   First, the underwater welding apparatus calculates a construction path for performing appropriate laser welding based on CAD design data based on the coordinates of the NC machine robot 81 and the relative coordinates of the welding work object 84 (P). Then, it is set and stored as a robot control calculation value 93a (step S1).

そして１パスの溶接を実施する前に半手動操作によって、図１２（Ａ）に示すように、水中溶接ヘッド１０を溶接施工対象物８４（Ｐ）の施工開始位置（点Ｐs）に近づけ、ＮＣ工作ロボット８１を施工開始姿勢に設定する（ステップＳ２）。   Then, as shown in FIG. 12 (A), the underwater welding head 10 is brought close to the construction start position (point Ps) of the welding work object 84 (P) by semi-manual operation before performing one-pass welding. The machine robot 81 is set to a construction start posture (step S2).

この施工開始位置（点Ｐs）において、レーザ発生部９５により低出力のレーザ光あるいはランプ光源を出力し、図１２（Ｂ）に示すように、光ファイバ１２からガス噴射ノズル１３を通じて施工面Ｐにガイド光Ｐoをスポット照射する（ステップＳ３）。   At this construction start position (point Ps), a laser generator 95 outputs a low-power laser beam or a lamp light source, and the construction surface P is passed from the optical fiber 12 through the gas injection nozzle 13 as shown in FIG. Spot light is irradiated with the guide light Po (step S3).

施工面Ｐにスポット照射されたガイド光Ｐoを中心としたガス噴射ノズル１３先端の周辺画像を、水中カメラＡ２７により撮像入力して画像分析することにより、この撮影画像中のスポット光（Ｐo）の座標位置を元に三角測量法の原理で、レーザ照射ヘッド１３からスポット照射点（Ｐo）までの距離（ノズルギャップＸ）を計算し、プロファイル実測値９３ｂとして記録する（ステップＳ４）。   A peripheral image of the tip of the gas injection nozzle 13 centered on the guide light Po spot-irradiated on the construction surface P is imaged and input by the underwater camera A27, and image analysis is performed, so that the spot light (Po) in the captured image is analyzed. Based on the triangulation method based on the coordinate position, the distance (nozzle gap X) from the laser irradiation head 13 to the spot irradiation point (Po) is calculated and recorded as the measured profile value 93b (step S4).

この撮影画像処理による実測ノズルギャップＸの距離計測とその記録処理（ステップＳ４）を、ロボット制御計算値（施工パス）９３ａに従った溶接ヘッド１０の移動制御（ステップＳ５）に伴い、施工開始点Ｐsから施工終了点Ｐeまでの１ライン中で数点繰り返し実施し（ステップＳ６）、図１３に示すようなプロファイル実測値９３ｂとしてのグラフデータを採取する（ステップＳ３〜Ｓ６）。   The distance measurement of the measured nozzle gap X by this photographed image processing and the recording process (step S4) are performed in accordance with the movement control (step S5) of the welding head 10 according to the robot control calculation value (construction path) 93a. Several points are repeatedly performed in one line from Ps to the construction end point Pe (step S6), and graph data as a profile actual measurement value 93b as shown in FIG. 13 is collected (steps S3 to S6).

このプロファイル実測値９３ｂの記録データに基づき、施工パス各ポイントでの実測ノズルギャップＸから目標ノズルギャップＸ0までの誤差Ｘcを計算する（ステップＳ７）。   Based on the recorded data of the profile actual measurement value 93b, an error Xc from the actual nozzle gap X to the target nozzle gap X0 at each construction pass point is calculated (step S7).

そして、この目標誤差Ｘcに基づき、ロボット制御計算値（施工パス）９３ａに対するロボット姿勢の軌道修正計算を実施し、施工パス補正値（軌道修正値）９３ｃを作成して記憶する（ステップＳ８）。   Based on this target error Xc, the robot posture trajectory correction calculation is performed on the robot control calculation value (construction path) 93a, and a construction path correction value (trajectory correction value) 93c is created and stored (step S8).

この一連のプロファイル計測オフライン処理によって、はじめに、溶接施工対象物８４（Ｐ）に対する施工開始〜終了点間（Ｐs〜Ｐe）での実際の施工前の実測ノズルギャップＸに基づいた目標ノズルギャップＸ0への水中溶接ヘッドＮＣ制御の軌道修正処理が行われるので、ロボット８１、ワーク８４の設置位置の誤差や施工面Ｐの凹凸の誤差、ロボット８１のガタなどが総合的に修正され、ガス噴射圧や溶接ワイヤ１５の当接圧がない状態での目標ノズルギャップＸ0を保持した水中溶接ヘッド１０のロボット移動制御が保証される。   By this series of profile measurement offline processing, first, to the target nozzle gap X0 based on the actual measurement nozzle gap X before the actual construction between the construction start and end points (Ps to Pe) for the welding construction object 84 (P). Since the underwater welding head NC control trajectory correction process is performed, errors in the installation position of the robot 81 and the workpiece 84, errors in the unevenness of the construction surface P, play in the robot 81, etc. are comprehensively corrected, and gas injection pressure and The robot movement control of the underwater welding head 10 that maintains the target nozzle gap X0 without the contact pressure of the welding wire 15 is guaranteed.

すなわち、実際に溶接施工を行う前段階において、レーザ照射ヘッド１１（ガス噴射ノズル１３）からレーザ照射点２３（施工面Ｐ）までの距離が大きく外れることを補正し、溶接に適切なスポット径および安定した気中環境を維持可能な状態とする。   That is, before the actual welding operation is performed, the distance from the laser irradiation head 11 (gas injection nozzle 13) to the laser irradiation point 23 (construction surface P) is corrected to be greatly deviated. A stable air environment can be maintained.

そして、このプロファイル計測オフライン処理によって得られた施工パス補正値（軌道修正値）９３ｃに従って水中溶接ヘッド１０を移動制御しながらの実際の水中レーザ溶接が実施される。   Then, actual underwater laser welding is performed while controlling the movement of the underwater welding head 10 in accordance with the construction path correction value (orbit correction value) 93c obtained by the profile measurement offline processing.

図１４は本実施形態に係る水中溶接装置の溶接オンライン処理を示すフローチャートである。   FIG. 14 is a flowchart showing a welding online process of the underwater welding apparatus according to the present embodiment.

まず、前記プロファイル計測オフライン処理によって得られた施工パス補正値（軌道修正値）９３ｃに従って、ロボット（ＮＣ）制御部９６によりＮＣ工作ロボット８１を制御し、水中溶接ヘッド１０を施工面Ｐ上の溶接開始点Ｐs〜終了点Ｐeに対応させて移動開始させると共に、ガス供給部９４からの不活性ガスおよびレーザ発生部９５からのレーザ光を水中溶接ヘッド１０のレーザ照射ヘッド１１およびガス噴射ノズル１３を通して施工面Ｐ上の施工部位に向けて噴射および照射させ、さらに溶接ワイヤ送り機構１６により溶接ワイヤ１５を所定の速度で送り出し溶接ワイヤ送り管２２から施工面Ｐ上のレーザ光２３が照射された施工部位に対して送り込み、溶接を開始させる（ステップＡ１）。   First, the NC machine robot 81 is controlled by the robot (NC) controller 96 according to the construction path correction value (orbit correction value) 93c obtained by the profile measurement offline processing, and the underwater welding head 10 is welded on the construction surface P. The movement is started corresponding to the start point Ps to the end point Pe, and the inert gas from the gas supply unit 94 and the laser beam from the laser generation unit 95 are passed through the laser irradiation head 11 and the gas injection nozzle 13 of the underwater welding head 10. Construction in which the welding wire 15 is sprayed and irradiated toward the construction site on the construction surface P, the welding wire 15 is fed at a predetermined speed by the welding wire feed mechanism 16, and the laser beam 23 on the construction surface P is irradiated from the welding wire feed pipe 22. It feeds into the region and starts welding (step A1).

そして、これ以降の繰り返し処理ステップＡ２〜Ａ９に従って、水中溶接ヘッド１０のＮＣ工作ロボット８１による移動制御を伴う溶接開始点Ｐs〜終了点Ｐeまでの溶接施工中は、そのガス噴射圧や溶接ワイヤ１５の送り込み圧などの影響により溶接ヘッド１０自体が揺動してガス噴射ノズル１３と施工面ＰとのノズルギャップＸが変動するのを、目標ノズルギャップＸ0へ向けて繰り返し自動調整して維持する（ステップＡ２〜Ａ９）。   Then, according to the subsequent repetitive processing steps A2 to A9, during the welding operation from the welding start point Ps to the end point Pe accompanied by movement control by the NC machine robot 81 of the underwater welding head 10, the gas injection pressure and the welding wire 15 are used. The welding head 10 itself swings due to the influence of the feed pressure of the nozzle and the nozzle gap X between the gas injection nozzle 13 and the construction surface P fluctuates and is automatically adjusted repeatedly and maintained toward the target nozzle gap X0 ( Steps A2 to A9).

すなわち、まず、渦電流式距離センサＡ２５，Ｂ２６により検出される各相対施工面Ｐまでの距離x1,x2を入力し（ステップＡ２）、渦電流式距離センサＡ２５から入力された距離データx2に基づきガス噴射ノズル１３と施工面ＰとのノズルギャップＸを計算し、ノズルギャップ検出値９３ｄとして記憶すると共に、２つの渦電流式距離センサＡ２５，Ｂ２６から入力された各点対応の施工面Ｐとの距離データx1,x2に基づき水中溶接ヘッド１０と該施工面Ｐとの平行度を計算し、ヘッド傾き角を計算してヘッド傾き検出値９３ｆとして記憶する（ステップＡ３）。   That is, first, distances x1 and x2 to each relative construction surface P detected by the eddy current distance sensors A25 and B26 are input (step A2), and based on the distance data x2 input from the eddy current distance sensor A25. The nozzle gap X between the gas injection nozzle 13 and the construction surface P is calculated, stored as a nozzle gap detection value 93d, and the construction surface P corresponding to each point input from the two eddy current type distance sensors A25 and B26. The parallelism between the underwater welding head 10 and the construction surface P is calculated based on the distance data x1, x2, and the head tilt angle is calculated and stored as a head tilt detection value 93f (step A3).

すると、ガス噴射ノズル１３の施工面ＰとのノズルギャップＸが、理想とする目標ノズルギャップＸ0の許容範囲Ｘr内にあるか否かを予め設定された閾値と比較して判別し（ステップＡ４）、閾値以上、つまり現在の検出ノズルギャップＸが目標ノズルギャップＸ0の許容範囲Ｘr内にないと判別された場合には、その時点のノズルギャップ目標誤差値（Ｘc）９３ｅに応じてノズルギャップ調整機構１７の駆動モータなどへの位置指令を変更し、当該ノズルギャップＸを目標ノズルギャップＸ0の許容範囲Ｘr内に調整する（ステップＡ５）。   Then, it is determined whether or not the nozzle gap X with the construction surface P of the gas injection nozzle 13 is within the allowable range Xr of the ideal target nozzle gap X0 by comparing with a preset threshold value (step A4). If it is determined that the detected nozzle gap X is equal to or greater than the threshold value, that is, the current detected nozzle gap X is not within the allowable range Xr of the target nozzle gap X0, the nozzle gap adjusting mechanism is determined according to the nozzle gap target error value (Xc) 93e at that time. The position command to the drive motor 17 is changed, and the nozzle gap X is adjusted within the allowable range Xr of the target nozzle gap X0 (step A5).

なお、ノズルギャップ調整機構１７によりビーム１９を介しガス噴射ノズル１３を上下動作させてノズルギャップＸを調整した場合には、これと同時に同ビーム１９を介して溶接ワイヤ送り管２２も上下動され、目標ノズルギャップＸ0に応じたレーザ照射点Ｐoへの溶接ワイヤ１５の送り込み位置が維持されるので、施工面Ｐに対する不活性ガスの噴き付け状態とレーザ光２３の照射状態とを最適に調整維持できるだけでなく、これに伴い溶接ワイヤ１５の溶かし込み状態も最適に調整維持できるようになる。   When the nozzle gap adjusting mechanism 17 moves the gas injection nozzle 13 up and down through the beam 19 to adjust the nozzle gap X, the welding wire feed pipe 22 is also moved up and down through the beam 19 simultaneously. Since the feed position of the welding wire 15 to the laser irradiation point Po corresponding to the target nozzle gap X0 is maintained, the state of spraying the inert gas onto the construction surface P and the irradiation state of the laser beam 23 can be adjusted and maintained optimally. In addition, the welding state of the welding wire 15 can be optimally adjusted and maintained accordingly.

一方、現在の検出ノズルギャップＸが閾値以下、つまり目標ノズルギャップＸ0の許容範囲Ｘr内にあると判別された場合には、その時点のノズルギャップ調整機構１７の駆動モータなどへの位置指令を保持し、現状のノズルギャップＸおよび溶接ワイヤ１５の送り込み位置を維持する。   On the other hand, if it is determined that the current detection nozzle gap X is equal to or less than the threshold value, that is, within the allowable range Xr of the target nozzle gap X0, the position command to the drive motor of the nozzle gap adjustment mechanism 17 at that time is held. Then, the current nozzle gap X and the feeding position of the welding wire 15 are maintained.

また、ステップＡ３にて得られた水中溶接ヘッド１０の傾き角（９３ｆ）が溶接可能なヘッド傾き角の範囲であるか否かを予め設定された閾値と比較して判別し（ステップＡ６）、閾値以上、つまり現在のヘッド傾き角が溶接可能な許容範囲内にないと判別された場合には、その時点のヘッド傾き角の許容範囲との誤差値に応じてロボット制御部９６からＮＣ工作ロボット８１へのアーム姿勢角の位置指令を変更し、当該溶接ヘッド１０の傾き角を許容範囲内に調整する（ステップＡ７）。   Further, it is determined whether or not the tilt angle (93f) of the underwater welding head 10 obtained in step A3 is within the range of the head tilt angle at which welding is possible, by comparing with a preset threshold value (step A6). If it is determined that the current head tilt angle is not within the allowable range for welding, it is determined from the robot controller 96 to the NC machine robot according to an error value from the allowable head tilt angle at that time. The position command of the arm posture angle to 81 is changed, and the tilt angle of the welding head 10 is adjusted within an allowable range (step A7).

一方、閾値以下、つまり現在のヘッド傾き角が適用可能な許容範囲内にあると判別された場合には、その時点のＮＣ工作ロボット８１へのアーム姿勢角の位置指令を保持し、現状のヘッド傾き角を維持する。   On the other hand, when it is determined that the current head tilt angle is equal to or smaller than the threshold value, that is, within the applicable allowable range, the arm posture angle position command to the NC machine robot 81 at that time is held, and the current head Maintain the tilt angle.

そして、ステップＡ２〜Ａ７に従った、溶接施工中のリアルタイムなノズルギャップ位置調整処理、および溶接ヘッド傾き調整処理を、前記施工パス補正値（軌道修正値）９３ｃに従って、水中溶接ヘッド１０を施工面Ｐ上の溶接終了点Ｐeに到達するまで繰り返し実行する（ステップＡ８，Ａ９→Ａ２〜Ａ９）。   Then, the real-time nozzle gap position adjustment process and the welding head tilt adjustment process during welding execution according to steps A2 to A7 are performed on the underwater welding head 10 according to the construction path correction value (orbit correction value) 93c. The process is repeated until the welding end point Pe on P is reached (steps A8, A9 → A2 to A9).

このように、ノズルギャップ位置調整処理、および溶接ヘッド傾き調整処理を、一定のサンプリング周期で溶接施工中連続的に実施し、適切なノズルギャップと溶接ワイヤの送り込み位置およびヘッド傾き角をリアルタイムに維持する。   In this way, nozzle gap position adjustment processing and welding head tilt adjustment processing are performed continuously during welding at a fixed sampling period, and appropriate nozzle gap and welding wire feed position and head tilt angle are maintained in real time. To do.

すなわち、溶接施工中は、ガス噴射ノズル１３のノズル口と施工面ＰとのギャップＸを数ｍｍ±０．５ｍｍ程度の範囲で維持する必要があるが、本構成の第９実施形態の水中溶接装置では、渦電流式距離センサＡ２５，Ｂ２６の検出データから各対応する施工面Ｐまでのギャップx1,x2を施工中に計測できるので、これに基づき適切なノズルギャップＸとなるようにノズルギャップ調整機構１７への位置指令を修正することができる。   That is, during welding construction, it is necessary to maintain the gap X between the nozzle port of the gas injection nozzle 13 and the construction surface P in a range of about several mm ± 0.5 mm. The device can measure gaps x1 and x2 from the detection data of eddy current type distance sensors A25 and B26 to the corresponding construction surface P during construction, so that the nozzle gap can be adjusted so that an appropriate nozzle gap X is obtained based on this measurement. The position command to the mechanism 17 can be corrected.

また、渦電流式距離センサＡ２５，Ｂ２６の検出データからレーザ照射ヘッド１１（ガス噴射ノズル１３）と施工面Ｐとの傾き角も計算できるので、この実測傾き角が溶接可能な傾き角以上になった場合には、ＮＣ工作ロボット８１のアーム姿勢角を修正して、溶接可能な許容傾き角以内に設定することができる。   Further, since the inclination angle between the laser irradiation head 11 (gas injection nozzle 13) and the construction surface P can be calculated from the detection data of the eddy current type distance sensors A25 and B26, the actually measured inclination angle is equal to or larger than the weldable inclination angle. In this case, the arm posture angle of the NC machine robot 81 can be corrected and set within an allowable inclination angle at which welding is possible.

レーザ溶接においては、施工面Ｐをレーザ光で溶かして溶接を行うため、レーザスポットが十分絞られている必要がある。溶接に耐えられるレーザスポット光が得られる焦点距離の範囲をデフォーカス余裕度といい、レンズ設計にもよるが通常、気中では、凡そ５ｍｍ程度のデフォーカス余裕度を有している。しかしながら、水中での溶接では、溶接部にガス噴射ノズルを近付けて大量のガスを噴き付け、施工対象部位を乾き状態にする必要があり、安定した乾き状態を維持するためには、ノズルギャップを精度よく一定に保つ必要がある。このガス噴射ノズルの施工部位とのノズルギャップは、ノズル設計にも左右するが凡そ３ｍｍ±０．５ｍｍ程度の制御が必要となり、これが気中溶接に比べて水中での溶接を難しくしている要因である。   In laser welding, the welding surface P is melted with laser light to perform welding, so that the laser spot needs to be sufficiently narrowed. The range of the focal length in which the laser spot light that can withstand welding can be obtained is called the defocus margin, and although it depends on the lens design, it usually has a defocus margin of about 5 mm in the air. However, in welding in water, it is necessary to bring a gas injection nozzle close to the welded portion and spray a large amount of gas to make the construction target part dry, and in order to maintain a stable dry state, a nozzle gap is required. It is necessary to keep it constant and accurate. The nozzle gap with the gas injection nozzle construction site depends on the nozzle design, but it is necessary to control about 3mm ± 0.5mm, which makes welding in water more difficult than in-air welding. It is.

したがって、本構成の第９実施形態の水中溶接装置によれば、まず、オフラインのプロファイル処理により、水中溶接ヘッド１０におけるレーザ照射ヘッド１１（ガス噴射ノズル１３）から施工面Ｐまでの距離を実測し、ＮＣ工作ロボット８１による溶接ヘッド１０の移動制御データに修正をかけるので、予めデフォーカス余裕度の保障範囲にレーザスポット光が得られるよう溶接ヘッド１０を位置決めする為のロボット制御内容を設定することができる。また、より高精度の位置決めが必要とされるガス噴射ノズル１３のノズルギャップ制御については、溶接施工中でもノズルギャップを検出可能な渦電流式距離センサＡ２５，Ｂ２６を適用してノズルギャップ調整機構１７にフィードバック制御することにより、リアルタイムにノズルギャップを修正することができ、溶接対象部分を常に安定した気中環境に維持できるようになる。さらに、ガス噴射ノズル１３の位置修正と同時に溶接ワイヤ送り管２２の位置も一体にして修正されるので、溶接ワイヤ１５の送り込み位置も常に適切なレーザ照射ポイントに合わせて維持することができ、品質の高い水中溶接が実現できる。   Therefore, according to the underwater welding apparatus of the ninth embodiment of the present configuration, first, the distance from the laser irradiation head 11 (gas injection nozzle 13) to the construction surface P in the underwater welding head 10 is actually measured by offline profile processing. Since the movement control data of the welding head 10 by the NC machine robot 81 is corrected, the robot control content for positioning the welding head 10 so as to obtain the laser spot light within the defocus margin guarantee range is set in advance. Can do. Further, for the nozzle gap control of the gas injection nozzle 13 that requires higher-precision positioning, the eddy current type distance sensors A25 and B26 that can detect the nozzle gap even during welding are applied to the nozzle gap adjusting mechanism 17. By performing feedback control, the nozzle gap can be corrected in real time, and the welding target portion can always be maintained in a stable air environment. Furthermore, since the position of the welding wire feed tube 22 is also corrected together with the correction of the position of the gas injection nozzle 13, the feeding position of the welding wire 15 can always be maintained in accordance with an appropriate laser irradiation point. High underwater welding can be realized.

（第１０実施形態）
図１５は本発明の第１０実施形態に係る水中溶接装置のワイヤ送りオンライン処理を示すフローチャートである。 (10th Embodiment)
FIG. 15 is a flowchart showing the wire feed online process of the underwater welding apparatus according to the tenth embodiment of the present invention.

この第１０実施形態に係る水中溶接装置のワイヤ送りオンライン処理は、前記第９実施形態に係る水中溶接装置の追加の制御処理として適用する。   The wire feed online process of the underwater welding apparatus according to the tenth embodiment is applied as an additional control process of the underwater welding apparatus according to the ninth embodiment.

レーザ溶接が正常に機能している場合は、溶接ワイヤ送り機構１６のモータ制御は、ＮＣ工作ロボット８１の運転開始およびレーザ照射ヘッド１１からのレーザ照射開始のタイミングに合わせて、溶接ワイヤ１５の送り開始と停止のタイミングを図り、溶接ワイヤ送り中は、速度一定で制御する。   When laser welding is functioning normally, the motor control of the welding wire feed mechanism 16 feeds the welding wire 15 in accordance with the timing of the start of operation of the NC machine robot 81 and the start of laser irradiation from the laser irradiation head 11. Start and stop timings are controlled, and control is performed at a constant speed during welding wire feeding.

溶接施工中に溶接ワイヤ１５の溶け込み不良、あるいは不足が発生した場合は、直ちに、溶接ワイヤ１５の送り速度を修正、場合によってはワイヤ送りの停止、レーザ溶接の中断を実行する必要があり、これは施工品質の低下の原因となる。   If a poor penetration or shortage of the welding wire 15 occurs during welding, it is necessary to immediately correct the feed speed of the welding wire 15 and, in some cases, stop the wire feed or interrupt the laser welding. Causes deterioration of construction quality.

溶接ワイヤの溶け込み不良は、溶接ワイヤ送り管２２から送り出す溶接ワイヤ１５の量と、溶融池で溶ける溶接ワイヤ１５の量とのマスバランスが崩れる時に発生する。溶接ワイヤ１５は、溶接ワイヤ送り機構１６によって一定速度（定量）で送り出されているので、溶け込み不良が発生した場合は、溶接ワイヤ送り管２２から送り出す溶接ワイヤ１５に掛かる負荷力が増大し、溶接ワイヤ１５の送り速度が変化する。   The poor penetration of the welding wire occurs when the mass balance between the amount of the welding wire 15 fed from the welding wire feed pipe 22 and the amount of the welding wire 15 melted in the molten pool is lost. Since the welding wire 15 is fed by the welding wire feed mechanism 16 at a constant speed (quantitative), when a penetration failure occurs, the load force applied to the welding wire 15 fed from the welding wire feed pipe 22 increases, and welding is performed. The feed speed of the wire 15 changes.

この溶接ワイヤ送り管２２から送り出す溶接ワイヤ１５の送り出し速度の変化は、溶接ワイヤ送り管２２の途中に設けた電磁流量計３１によって検出することができる。   The change in the delivery speed of the welding wire 15 delivered from the welding wire delivery tube 22 can be detected by an electromagnetic flow meter 31 provided in the middle of the welding wire delivery tube 22.

すなわち、この水中溶接装置による溶接施工の開始に伴い溶接ワイヤ送り機構１６のワイヤ送り用モータを定速制御して、溶接ワイヤ１５の溶接ワイヤ送り管２２を通したレーザ光のスポット照射位置Ｐoに向けた送り込みを開始する（ステップＢ１）。   That is, the wire feed motor of the welding wire feed mechanism 16 is controlled at a constant speed along with the start of welding work by the underwater welding apparatus, and the laser beam spot irradiation position Po through the welding wire feed tube 22 of the welding wire 15 is controlled. Inward feeding is started (step B1).

すると、溶接ワイヤ送り管２２に設けた電磁流量計３１により溶接ワイヤ１５の溶接部位に向けた送り込み量（負荷）が検出され（ステップＢ２）、このワイヤ送り込み量が前記溶接ワイヤ送り機構１６でのワイヤ送りモータ１６ａによる定速送りに対応した所定の送り込み量以上あるか、つまり当該ワイヤ１５に対する負荷が適正値内か否か判断される（ステップＢ３）。   Then, a feed amount (load) toward the welded portion of the welding wire 15 is detected by the electromagnetic flow meter 31 provided in the welding wire feed pipe 22 (step B2), and this wire feed amount is determined by the welding wire feed mechanism 16. It is determined whether there is a predetermined feed amount corresponding to the constant speed feed by the wire feed motor 16a, that is, whether the load on the wire 15 is within an appropriate value (step B3).

ここで、溶接ワイヤ送り管２２から溶接部に送り込まれた溶接ワイヤ１５が順調に溶け込み良好な溶接施工がなされている状態では、当該送り込み中の溶接ワイヤ１５には何らの負荷も加わらないので、電磁流量計３１により検出されるワイヤ送り込み量は前記溶接ワイヤ送り機構１６でのワイヤ送りモータ１６ａによる定速送りに対応した所定の送り込み量以上ある、つまりワイヤ負荷適正値内と判断され、溶接ワイヤ送り機構１６による溶接ワイヤ１５の定速送り制御が維持される（ステップＢ３→Ｂ４）。   Here, in a state where the welding wire 15 fed into the welded portion from the welding wire feed tube 22 is smoothly melted and good welding is performed, no load is applied to the welding wire 15 being fed, The wire feed amount detected by the electromagnetic flow meter 31 is determined to be equal to or greater than a predetermined feed amount corresponding to the constant speed feed by the wire feed motor 16a in the welding wire feed mechanism 16, that is, within the appropriate wire load value. The constant speed feed control of the welding wire 15 by the feed mechanism 16 is maintained (step B3 → B4).

そして、施工終点Ｐeに到達するまで前記ワイヤ送り量（負荷）の検出判断処理が繰り返され（ステップＢ５→Ｂ２〜Ｂ４）、ロボット（ＮＣ）制御部９６にて水中溶接ヘッド１０が施工終点Ｐeに到達したと判断された場合には、溶接ワイヤ送り機構１６におけるワイヤ送りモータ１６ａが停止され、溶接施工は終了する（ステップＢ５→Ｂ６）。   And the detection judgment process of the said wire feed amount (load) is repeated until it reaches the construction end point Pe (step B5 → B2 to B4), and the underwater welding head 10 is set to the construction end point Pe by the robot (NC) control unit 96. When it is determined that the wire has reached, the wire feed motor 16a in the welding wire feed mechanism 16 is stopped, and the welding work is finished (step B5 → B6).

一方、溶接ワイヤ送り管２２から溶接部に送り込まれた溶接ワイヤ１５に、例えば溶け込み不良が発生し、溶けきれずに余った溶接ワイヤ１５が突っ張ることで負荷となり、電磁流量計３１により検出される溶接ワイヤ１５の先端部での送り速度が低下変動してワイヤ負荷が適正値を超えたと判断された場合には、この溶接ワイヤ１５の負荷不適正な状態が一定時間以上継続して生じているか否か判断される（ステップＢ３→Ｂ７）。   On the other hand, the welding wire 15 fed into the welded portion from the welding wire feed pipe 22 has a poor penetration, for example, and the remaining welding wire 15 that is not completely melted becomes a load and is detected by the electromagnetic flow meter 31. If it is determined that the feed rate at the distal end of the welding wire 15 fluctuates and the wire load exceeds an appropriate value, is this improper load state of the welding wire 15 continuously generated for a certain time or more? It is determined whether or not (step B3 → B7).

そして、溶接ワイヤ１５の負荷不適正な状態は未だ一定時間以上継続して生じてないと判断された場合には、溶接ワイヤ送り機構１６におけるワイヤ送りモータ１６ａのモータ速度を減速制御し、溶接ポイントに対する溶接ワイヤ１５の押し込み負荷を適正値に戻す（ステップＢ７→Ｂ８）。   If it is determined that the improper load of the welding wire 15 has not yet continued for a certain period of time, the motor speed of the wire feed motor 16a in the welding wire feed mechanism 16 is controlled to reduce the welding point. Return the pushing load of the welding wire 15 to an appropriate value (step B7 → B8).

なお、この場合のワイヤ送りモータ１６ａのモータ速度の加減速制御量は、ステップＢ２にて検出されたワイヤ送り負荷検出値９３ｇと前記負荷適正値との差であるワイヤ送り負荷目標誤差値９３ｈに応じて設定される。   Note that the acceleration / deceleration control amount of the motor speed of the wire feed motor 16a in this case is the wire feed load target error value 93h, which is the difference between the wire feed load detection value 93g detected in step B2 and the appropriate load value. Set accordingly.

この後、溶接ワイヤ送り機構１６におけるワイヤ送りモータ１６ａの減速制御を繰り返し行っても、溶接ワイヤ１５の負荷不適正な状態が一定時間以上継続したと判断された場合には、溶接不良が続いている状態か、溶接ワイヤ送り機構１６の内部で溶接ワイヤ１５が巻き込み異常を起こしている状態などが考えられるので、この場合には、溶接ワイヤ送り機構１６のワイヤ送りモータ１６ａを緊急停止させる（ステップＢ３，Ｂ７→Ｂ６）。   Thereafter, even if the deceleration control of the wire feed motor 16a in the welding wire feed mechanism 16 is repeatedly performed, if it is determined that the improper load state of the welding wire 15 has continued for a certain period of time, welding failure continues. In this case, the wire feed motor 16a of the welding wire feed mechanism 16 is urgently stopped (step). B3, B7 → B6).

したがって、前記構成の第１０実施形態の水中溶接装置によれば、溶接ワイヤ１５の送り込み量を、溶接ヘッド１０の移動速度に合わせて一定に制御するだけでなく、溶接ワイヤ１５の溶け込み状況に応じてそのワイヤ送り速度を加減制御できるので、溶接ワイヤ１５の供給速度と溶け込み速度が合っていない場合や溶け込み異常が生じて溶接ワイヤ１５が余った場合など、一時的に送り速度を加減してワイヤ溶け込みの不具合状況を回避できるようになり、施工不良が発生する確率を低減することができる。   Therefore, according to the underwater welding apparatus of the tenth embodiment having the above-described configuration, the feeding amount of the welding wire 15 is not only controlled to be constant according to the moving speed of the welding head 10, but also according to the penetration state of the welding wire 15. Since the wire feed rate can be controlled by adjusting the wire feed rate, the feed rate of the welding wire 15 does not match the penetration rate, or if the welding wire 15 is left over due to a penetration error, the wire feed rate is temporarily adjusted to adjust the wire feed rate. It becomes possible to avoid the problem of melt-in and reduce the probability of construction failure.

本発明の第１実施形態に係る水中溶接ヘッド１０の構成を示す図。The figure which shows the structure of the underwater welding head 10 which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２実施形態に係る水中溶接ヘッド１０の構成を示す図。The figure which shows the structure of the underwater welding head 10 which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３実施形態に係る水中溶接ヘッド１０の構成を示す図。The figure which shows the structure of the underwater welding head 10 which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４実施形態に係る水中溶接ヘッド１０の構成を示す図。The figure which shows the structure of the underwater welding head 10 which concerns on 4th Embodiment of this invention. 本発明の第５実施形態に係る水中溶接ヘッド１０のノズルギャップ調整機構１７を抜き出して示す図。The figure which extracts and shows the nozzle gap adjustment mechanism 17 of the underwater welding head 10 which concerns on 5th Embodiment of this invention. 本発明の第６実施形態に係る水中溶接ヘッド１０のノズルギャップ調整機構１７を抜き出して示す図。The figure which extracts and shows the nozzle gap adjustment mechanism 17 of the underwater welding head 10 which concerns on 6th Embodiment of this invention. 本発明の第７実施形態に係る水中溶接ヘッド１０のノズルギャップ調整機構１７の構成を示す図。The figure which shows the structure of the nozzle gap adjustment mechanism 17 of the underwater welding head 10 which concerns on 7th Embodiment of this invention. 本発明の第８実施形態に係る水中溶接ヘッド１０の構成を示す図。The figure which shows the structure of the underwater welding head 10 which concerns on 8th Embodiment of this invention. 本発明の第９実施形態に係る水中溶接装置の全体構成を示す図。The figure which shows the whole structure of the underwater welding apparatus which concerns on 9th Embodiment of this invention. 同水中溶接装置の制御システムの構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the control system of the same underwater welding apparatus. 同水中溶接装置のプロファイル計測オフライン処理を示すフローチャート。The flowchart which shows the profile measurement offline process of the same underwater welding apparatus. 同水中溶接装置で使用する水中溶接ヘッド１０の構成と施工面Ｐ（８４）に対するガイド光Ｐoのスポット照射時の水中カメラＡ２７による撮影画像を示す図。The figure which shows the structure of the underwater welding head 10 used with the same underwater welding apparatus, and the picked-up image by the underwater camera A27 at the time of spot irradiation of the guide light Po with respect to the construction surface P (84). 同水中溶接装置のプロファイル計測オフライン処理により得られる施工開始点Ｐs〜施工終了点Ｐe間でのプロファイル実測値（実測ノズルギャップＸ）９３ｂと許容ノズルギャップ誤差範囲Ｘrとの修正誤差Ｘcを示す図。The figure which shows the correction error Xc of the profile measured value (measured nozzle gap X) 93b and the allowable nozzle gap error range Xr between the construction start point Ps and the construction end point Pe obtained by profile measurement offline processing of the underwater welding apparatus. 同水中溶接装置の溶接オンライン処理を示すフローチャート。The flowchart which shows the welding online process of the same underwater welding apparatus. 本発明の第１０実施形態に係る水中溶接装置のワイヤ送りオンライン処理を示すフローチャート。The flowchart which shows the wire feed online process of the underwater welding apparatus which concerns on 10th Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０ …水中溶接ヘッド、 １０Ａ…溶接ヘッド筐体、 １１ …レーザ照射ヘッド、
１１ａ，１１ｂ…光学レンズ、 １２ …光ファイバ、 １３ …ガス噴射ノズル、
１４ …ガス供給管、 １５ …溶接ワイヤ、 １６ …溶接ワイヤ送り機構、
１６ａ…ワイヤ送りモータ、 １７ …ノズルギャップ調整機構、
１７Ａ…ハウジング、 １８ …仕切りガラス、 １９，２０，２１…ビーム、
２２ …溶接ワイヤ送り管、 ２３ …レーザ光照射ビーム、 ２４ …ゴム板、
２５ …渦電流式距離センサＡ、 ２６ …渦電流式距離センサＢ、
２７ …水中カメラＡ、 ２８ …水中カメラＢ、 ２９ …反射ミラー、
３０ …ハーフミラー、 ３１ …電磁流量計、 ４１ …ＡＣサーボモータ、
４１ａ…電磁コイル（固定子）、 ４１ｂ…磁石（可動子）、
４２ …タイミングベルト、 ４３ …ボールネジ、 ４４ …リニアガイド、
４４ａ…スライドテーブル、 ４４ｂ…ガイド、 ５１ …シャフトモータ、
５１ａ…可動子、 ５２ …リニアインダクトコーダ、 ５２ａ…センサヘッド、
５３ …リニアガイド、 ５３ａ…スライドテーブル、
６１，６２…形状記憶合金バネ、 ６３ …リニアガイド、
６３ａ…スライドテーブル、 ７１ …リニアインダクトコーダ、
７１ａ…センサロッド、 ７１ｂ…センサヘッド、 ８１ …ＮＣ工作ロボット、
８２ …溶接ヘッド制御ケーブル、 ８３ …水槽、
８４ …施工対象物（ワーク）Ｐ、 ８５ …ＮＣ制御信号線、
９１ …溶接制御部、 ９２ …ＲＯＭ、 ９３ …ＲＡＭ、
９３ａ…ロボット制御計算値（施工パス）、 ９３ｂ…プロファイル実測値、
９３ｃ…施工パス補正値（軌道修正値）、 ９３ｄ…ノズルギャップ検出値、
９３ｅ…ノズルギャップ目標誤差値、 ９３ｆ…ヘッド傾き検出値、
９３ｇ…ワイヤ送り負荷検出値、 ９３ｈ…ワイヤ送り負荷目標誤差値、
９４ …ガス供給部、 ９５ …レーザ発生部、 ９６ …ロボット（ＮＣ）制御部、
Ｐo …ガイド光（スポット照射位置）、 Ｐs …溶接（施工）開始点、
Ｐe …溶接（施工）終了点、 Ｘ …ノズルギャップ、 Ｘ0 …目標ノズルギャップ、
Ｘc …修正（目標）誤差、 Ｘr …ノズルギャップ許容範囲。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Underwater welding head, 10A ... Welding head housing | casing, 11 ... Laser irradiation head,
11a, 11b ... optical lens, 12 ... optical fiber, 13 ... gas injection nozzle,
14 ... Gas supply pipe, 15 ... Welding wire, 16 ... Welding wire feed mechanism,
16a ... Wire feed motor, 17 ... Nozzle gap adjustment mechanism,
17A ... Housing, 18 ... Partition glass, 19, 20, 21 ... Beam,
22 ... Welding wire feed tube, 23 ... Laser beam, 24 ... Rubber plate,
25 ... Eddy current type distance sensor A, 26 ... Eddy current type distance sensor B,
27 ... Underwater camera A, 28 ... Underwater camera B, 29 ... Reflection mirror,
30 ... Half mirror, 31 ... Electromagnetic flow meter, 41 ... AC servo motor,
41a ... electromagnetic coil (stator), 41b ... magnet (mover),
42 ... Timing belt, 43 ... Ball screw, 44 ... Linear guide,
44a ... slide table 44b ... guide 51 ... shaft motor,
51a ... mover, 52 ... linear induct coder, 52a ... sensor head,
53 ... Linear guide, 53a ... Slide table,
61, 62 ... shape memory alloy spring, 63 ... linear guide,
63a ... slide table, 71 ... linear induct coder,
71a ... sensor rod, 71b ... sensor head, 81 ... NC machine robot,
82 ... welding head control cable, 83 ... water tank,
84: Construction object (work) P, 85: NC control signal line,
91 ... Welding control unit, 92 ... ROM, 93 ... RAM,
93a ... Robot control calculation value (construction path), 93b ... Profile measurement value,
93c: Construction path correction value (trajectory correction value), 93d: Nozzle gap detection value,
93e: Nozzle gap target error value, 93f: Head tilt detection value,
93g: Wire feed load detection value, 93h: Wire feed load target error value,
94 ... Gas supply unit, 95 ... Laser generation unit, 96 ... Robot (NC) control unit,
Po: guide light (spot irradiation position), Ps: welding (construction) start point,
Pe: welding (construction) end point, X: nozzle gap, X0: target nozzle gap,
Xc: Correction (target) error, Xr: Nozzle gap tolerance.

Claims (11)

レーザ光の照射方向を開口にしたレーザ照射ヘッドと、
このレーザ照射ヘッドの内部に不活性ガスを供給し当該照射ヘッドにおけるレーザ光路内の水を遮断して気相に保持すると共に、当該照射ヘッドの開口から噴射させるためのガス供給管と、
前記レーザ照射ヘッドの開口にそのレーザ光路およびガス噴射経路を延長するように当該照射ヘッドの外周面に気密に且つスライド可能にして取り付けられ、レーザ光および不活性ガスを同軸上に照射および噴射させるガス噴射ノズルと、
このガス噴射ノズルの先端からレーザ光の照射方向および不活性ガスの噴射方向に所定の間隔を置いたレーザ光軸上の位置に向けて溶接ワイヤを送り込む溶接ワイヤ送り管と、
前記ガス噴射ノズルのレーザ光の照射方向および不活性ガスの噴射方向に合わせた前記レーザ照射ヘッドに対するスライド位置を調整するノズルスライド調整機構と、
前記ガス噴射ノズルと溶接ワイヤ送り管との位置関係を定位置に固定保持し、前記ノズルスライド調整機構による前記ガス噴射ノズルのスライド移動と同時に前記溶接ワイヤ送り管を同一の方向と間隔でスライド移動させるための固定治具とを備え、
前記ガス噴射ノズルの開口端と溶接対象施工面との間隔を前記ノズルスライド調整機構によって当該ガス噴射ノズルをスライド調整することで所定の間隔に保持することを特徴とする水中溶接ヘッド。 A laser irradiation head having an opening in the laser beam irradiation direction;
A gas supply pipe for supplying an inert gas to the inside of the laser irradiation head, blocking water in the laser optical path in the irradiation head and holding the gas in a gas phase, and ejecting from the opening of the irradiation head;
A laser beam path and a gas injection path are extended to the opening of the laser irradiation head so as to extend in an airtight and slidable manner on the outer peripheral surface of the irradiation head, and irradiate and inject laser light and an inert gas coaxially. A gas injection nozzle;
A welding wire feed pipe that feeds a welding wire from the tip of the gas injection nozzle toward a position on the laser optical axis at a predetermined interval in the irradiation direction of the laser light and the injection direction of the inert gas;
A nozzle slide adjustment mechanism for adjusting a slide position with respect to the laser irradiation head in accordance with the laser beam irradiation direction and the inert gas injection direction of the gas injection nozzle;
The positional relationship between the gas injection nozzle and the welding wire feed pipe is fixedly held at a fixed position, and the welding wire feed pipe is slid in the same direction and at the same time as the gas injection nozzle slides by the nozzle slide adjustment mechanism. A fixing jig for
An underwater welding head, wherein the gap between the opening end of the gas injection nozzle and the welding target construction surface is maintained at a predetermined interval by sliding the gas injection nozzle by the nozzle slide adjustment mechanism. 前記ガス噴射ノズルの開口周辺に取り付けられてなり、前記溶接対象施工面との間隔を検出する渦電流式距離センサを備えたことを特徴とする請求項１に記載の水中溶接ヘッド。   2. The underwater welding head according to claim 1, further comprising an eddy current type distance sensor that is attached to the periphery of the opening of the gas injection nozzle and detects a distance from the welding target construction surface. 前記ガス噴射ノズルの開口端から溶接対象施工面との間を含む範囲の画像を撮影する水中カメラを備えたことを特徴とする請求項１に記載の水中溶接ヘッド。   The underwater welding head according to claim 1, further comprising an underwater camera that captures an image in a range including a space between an opening end of the gas injection nozzle and a welding target construction surface. 前記溶接ワイヤ送り管に対して溶接ワイヤを送出する溶接ワイヤ送り機構と、
前記溶接ワイヤ送り管に取り付けられてなり、前記溶接ワイヤ送り機構から送出されてこの溶接ワイヤ送り管から送り出される溶接ワイヤの送り量を検出する電磁流量計と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の水中溶接ヘッド。 A welding wire feed mechanism for feeding a welding wire to the welding wire feed pipe;
An electromagnetic flowmeter which is attached to the welding wire feed pipe, detects the feed amount of the welding wire sent from the welding wire feed mechanism and fed from the welding wire feed pipe;
The underwater welding head according to claim 1, comprising: 前記ノズルスライド調整機構は、
水中仕様のサーボモータと、
このサーボモータによる回転運動をスライド運動に変換して前記ガス噴射ノズルに伝達する回転−スライド変換機構と、
を有してなることを特徴とする請求項１に記載の水中溶接ヘッド。 The nozzle slide adjusting mechanism is
An underwater servo motor,
A rotation-slide conversion mechanism that converts rotational movement by the servo motor into slide movement and transmits the slide movement to the gas injection nozzle;
The underwater welding head according to claim 1, comprising: 前記ノズルスライド調整機構は、
水中仕様のシャフトモータと、
このシャフトモータによる回転運動をスライド運動に変換して前記ガス噴射ノズルに伝達する回転−スライド変換機構と、
この回転−スライド変換機構により変換されたスライド運動に応じたスライド位置を検出するリニアインダクトコーダと、
を有してなることを特徴とする請求項１に記載の水中溶接ヘッド。 The nozzle slide adjusting mechanism is
Underwater specification shaft motor,
A rotation-slide conversion mechanism for converting the rotational motion by the shaft motor into a slide motion and transmitting the slide motion to the gas injection nozzle;
A linear induct coder that detects a slide position corresponding to the slide motion converted by the rotation-slide conversion mechanism;
The underwater welding head according to claim 1, comprising: 前記ノズルスライド調整機構は、
電流供給に伴う発熱に応じて伸縮長さが変化するバネ状の形状記憶合金と、
このバネ状形状記憶合金の伸縮運動をスライド運動に変換して前記ガス噴射ノズルに伝達する伸縮−スライド変換機構と、
前記伸縮−スライド変換機構により変換されたスライド運動に応じたスライド位置を前記形状記憶合金の抵抗値変化に基づき検出するスライド位置検出手段と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の水中溶接ヘッド。 The nozzle slide adjusting mechanism is
A spring-shaped shape memory alloy whose expansion and contraction length changes according to the heat generated by the current supply;
An expansion-slide conversion mechanism that converts the expansion / contraction motion of this spring-like shape memory alloy into a slide motion and transmits it to the gas injection nozzle,
Slide position detecting means for detecting a slide position corresponding to the slide motion converted by the expansion / contraction-slide conversion mechanism based on a resistance value change of the shape memory alloy;
The underwater welding head according to claim 1, comprising: 前記レーザ照射ヘッドと前記ガス噴射ノズルとの間に直に取り付けられてなり、当該レーザ照射ヘッドに対するガス噴射ノズルのスライド位置を検出する直付けリニアインダクトコーダを備えたことを特徴とする請求項１に記載の水中溶接ヘッド。   2. A linear induct coder that is directly attached between the laser irradiation head and the gas injection nozzle and detects a slide position of the gas injection nozzle with respect to the laser irradiation head. The underwater welding head according to 1. 水中溶接ヘッドを用いて水中溶接を実施する水中溶接装置であって、
前記水中溶接ヘッドは、
レーザ光の照射方向を開口にしたレーザ照射ヘッドと、
このレーザ照射ヘッドの内部に不活性ガスを供給し当該照射ヘッドにおけるレーザ光路内の水を遮断して気相に保持すると共に、当該照射ヘッドの開口から噴射させるためのガス供給管と、
前記レーザ照射ヘッドの開口にそのレーザ光路およびガス噴射経路を延長するように当該照射ヘッドの外周面に気密に且つスライド可能にして取り付けられ、レーザ光および不活性ガスを同軸上に照射および噴射させるガス噴射ノズルと、
このガス噴射ノズルの先端からレーザ光の照射方向および不活性ガスの噴射方向に所定の間隔を置いたレーザ光軸上の位置に向けて溶接ワイヤを送り込む溶接ワイヤ送り管と、
前記ガス噴射ノズルのレーザ光の照射方向および不活性ガスの噴射方向に合わせた前記レーザ照射ヘッドに対するスライド位置を調整するノズルスライド調整機構と、
前記ガス噴射ノズルと溶接ワイヤ送り管との位置関係を定位置に固定保持し、前記ノズルスライド調整機構による前記ガス噴射ノズルのスライド移動と同時に前記溶接ワイヤ送り管を同一の方向と間隔でスライド移動させるための固定治具と、
前記ガス噴射ノズルの開口周辺に取り付けられてなり、溶接対象施工面との間隔を検出する渦電流式距離センサとを備えてなり、
前記渦電流式距離センサにより検出された前記ガス噴射ノズルの開口端と前記溶接対象施工面との間隔が予め設定された所定の間隔の許容誤差範囲内であるか否かを判断するノズル間隔判断手段と、
このノズル間隔判断手段により前記ガス噴射ノズルの開口端と前記溶接対象施工面との間隔が所定の間隔の許容誤差範囲外であると判断された場合には、当該所定の間隔との誤差値に応じて前記ノズルスライド調整機構を制御し、前記ガス噴射ノズルの開口端と前記溶接対象施工面との間隔を所定の間隔に調整するノズルスライド制御手段と、
を備えたことを特徴とする水中溶接装置。 An underwater welding apparatus that performs underwater welding using an underwater welding head,
The underwater welding head is
A laser irradiation head having an opening in the laser beam irradiation direction;
A gas supply pipe for supplying an inert gas to the inside of the laser irradiation head, blocking water in the laser optical path in the irradiation head and holding the gas in a gas phase, and ejecting from the opening of the irradiation head;
A laser beam path and a gas injection path are extended to the opening of the laser irradiation head so as to extend in an airtight and slidable manner on the outer peripheral surface of the irradiation head, and irradiate and inject laser light and an inert gas coaxially. A gas injection nozzle;
A welding wire feed pipe that feeds a welding wire from the tip of the gas injection nozzle toward a position on the laser optical axis at a predetermined interval in the irradiation direction of the laser light and the injection direction of the inert gas;
A nozzle slide adjustment mechanism for adjusting a slide position with respect to the laser irradiation head in accordance with the laser beam irradiation direction and the inert gas injection direction of the gas injection nozzle;
The positional relationship between the gas injection nozzle and the welding wire feed pipe is fixedly held at a fixed position, and the welding wire feed pipe is slid in the same direction and at the same time as the gas injection nozzle slides by the nozzle slide adjustment mechanism. A fixing jig for
It is attached around the opening of the gas injection nozzle, and comprises an eddy current type distance sensor for detecting the interval with the welding target construction surface,
Nozzle interval determination for determining whether or not the interval between the open end of the gas injection nozzle detected by the eddy current type distance sensor and the welding target construction surface is within an allowable error range of a predetermined interval set in advance. Means,
If it is determined by the nozzle interval determining means that the interval between the opening end of the gas injection nozzle and the construction surface to be welded is outside the allowable error range of the predetermined interval, the error value with respect to the predetermined interval is set. In response to the nozzle slide adjustment mechanism, nozzle slide control means for adjusting the interval between the opening end of the gas injection nozzle and the welding target construction surface to a predetermined interval;
An underwater welding apparatus comprising: 前記水中溶接ヘッドは、
前記溶接ワイヤ送り管に対して溶接ワイヤを送出する溶接ワイヤ送り機構と、
前記溶接ワイヤ送り管に取り付けられてなり、前記溶接ワイヤ送り機構から送出されてこの溶接ワイヤ送り管から送り出される溶接ワイヤの送り量を検出する電磁流量計とを備えてなり、
前記電磁流量計により検出された溶接ワイヤの送り量が予め設定された適正な送り量であるか否かを判断するワイヤ送り量判断手段と、
このワイヤ送り量判断手段により前記ガス噴射ノズルからのレーザ光軸に向けて送り込む溶接ワイヤの送り量が適正な送り量でないと判断された場合には、前記溶接ワイヤ送り機構を制御し、前記溶接ワイヤ送り管に対する溶接ワイヤの送出速度を減速するワイヤ送り制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求項９に記載の水中溶接装置。 The underwater welding head is
A welding wire feed mechanism for feeding a welding wire to the welding wire feed pipe;
An electromagnetic flow meter that is attached to the welding wire feed pipe and that is fed from the welding wire feed mechanism and detects the feed amount of the welding wire fed from the welding wire feed pipe;
Wire feed amount judgment means for judging whether or not the feed amount of the welding wire detected by the electromagnetic flow meter is a preset proper feed amount;
If it is determined by the wire feed amount judging means that the feed amount of the welding wire fed from the gas injection nozzle toward the laser optical axis is not an appropriate feed amount, the welding wire feed mechanism is controlled to control the welding wire. Wire feed control means for reducing the delivery speed of the welding wire to the wire feed pipe;
The underwater welding apparatus according to claim 9, comprising: 水中溶接ヘッドをＮＣ工作ロボットによって施工開始点から施工終了点まで移動させながら水中溶接を実施する水中溶接装置を用いた溶接工法であって、
前記水中溶接ヘッドは、
レーザ光の照射方向を開口にしたレーザ照射ヘッドと、
このレーザ照射ヘッドの内部に不活性ガスを供給し当該照射ヘッドにおけるレーザ光路内の水を遮断して気相に保持すると共に、当該照射ヘッドの開口から噴射させるためのガス供給管と、
前記レーザ照射ヘッドの開口にそのレーザ光路およびガス噴射経路を延長するように当該照射ヘッドの外周面に気密に且つスライド可能にして取り付けられ、レーザ光および不活性ガスを同軸上に照射および噴射させるガス噴射ノズルと、
このガス噴射ノズルの先端からレーザ光の照射方向および不活性ガスの噴射方向に所定の間隔を置いたレーザ光軸上の位置に向けて溶接ワイヤを送り込む溶接ワイヤ送り管と、
前記ガス噴射ノズルのレーザ光の照射方向および不活性ガスの噴射方向に合わせた前記レーザ照射ヘッドに対するスライド位置を調整するノズルスライド調整機構と、
前記ガス噴射ノズルと溶接ワイヤ送り管との位置関係を定位置に固定保持し、前記ノズルスライド調整機構による前記ガス噴射ノズルのスライド移動と同時に前記溶接ワイヤ送り管を同一の方向と間隔でスライド移動させるための固定治具と、
前記ガス噴射ノズルの開口端から溶接対象施工面との間を含む範囲の画像を撮影する水中カメラと、
前記ガス噴射ノズルの開口周辺に取り付けられてなり、溶接対象施工面との間隔を検出する渦電流式距離センサとを備えてなり、
溶接施工前に前記ＮＣ工作ロボットの座標と溶接対象施工面との座標とに基づき予め計算された施工パスに応じて前記溶接ヘッドを施工開始点から施工終了点まで移動させながら前記水中カメラにより撮影された画像からガス噴射ノズルと溶接対象施工面との間隔を実測する施工前ノズル間隔実測ステップと、
この施工前ノズル間隔実測ステップにて実測された前記ガス噴射ノズルと溶接対象施工面との間隔と、予め設定された所定の間隔との誤差に応じて前記ＮＣ工作ロボットの施工パスを補正する施工パス補正ステップと、
この施工パス補正ステップにて補正された施工パスに応じて前記溶接ヘッドの施工開始点から施工終了点までの移動を開始させると共に、前記ガス供給管からレーザ照射ヘッドおよびガス噴射ノズルを介して前記溶接対象施工面に不活性ガスを噴射し、またレーザ照射ヘッドからガス噴射ノズルを介してレーザ光を照射し、また溶接ワイヤ送り管を介して溶接ワイヤを送り込み、溶接施工を開始する施工開始ステップと、
この施工開始ステップにて溶接施工を開始した後に、前記渦電流式距離センサにより検出された前記ガス噴射ノズルの開口端と前記溶接対象施工面との間隔が予め設定された所定の間隔の許容誤差範囲内であるか否かを判断するノズル間隔判断ステップと、
このノズル間隔判断ステップにて前記ガス噴射ノズルの開口端と前記溶接対象施工面との間隔が所定の間隔の許容誤差範囲外であると判断された場合には、当該所定の間隔との誤差値に応じて前記ノズルスライド調整機構を制御し、前記ガス噴射ノズルの開口端と前記溶接対象施工面との間隔を所定の間隔に調整するノズルスライド制御ステップと、
からなることを特徴とする水中溶接装置を用いた溶接工法。 It is a welding method using an underwater welding apparatus that performs underwater welding while moving the underwater welding head from the construction start point to the construction end point by an NC machine robot,
The underwater welding head is
A laser irradiation head having an opening in the laser beam irradiation direction;
A gas supply pipe for supplying an inert gas to the inside of the laser irradiation head, blocking water in the laser optical path in the irradiation head and holding the gas in a gas phase, and ejecting from the opening of the irradiation head;
A laser beam path and a gas injection path are extended to the opening of the laser irradiation head so as to extend in an airtight and slidable manner on the outer peripheral surface of the irradiation head, and irradiate and inject laser light and an inert gas coaxially. A gas injection nozzle;
A welding wire feed pipe that feeds a welding wire from the tip of the gas injection nozzle toward a position on the laser optical axis at a predetermined interval in the irradiation direction of the laser light and the injection direction of the inert gas;
A nozzle slide adjustment mechanism for adjusting a slide position with respect to the laser irradiation head in accordance with the laser beam irradiation direction and the inert gas injection direction of the gas injection nozzle;
The positional relationship between the gas injection nozzle and the welding wire feed pipe is fixedly held at a fixed position, and the welding wire feed pipe is slid in the same direction and at the same time as the gas injection nozzle slides by the nozzle slide adjustment mechanism. A fixing jig for
An underwater camera that captures an image of a range including between the opening end of the gas injection nozzle and the construction surface to be welded;
It is attached around the opening of the gas injection nozzle, and comprises an eddy current type distance sensor for detecting the interval with the welding target construction surface,
Photographed by the underwater camera while moving the welding head from the construction start point to the construction end point according to the construction path calculated in advance based on the coordinates of the NC machine robot and the coordinates of the construction surface to be welded before welding construction. A pre-construction nozzle interval measurement step for actually measuring the interval between the gas injection nozzle and the welding target construction surface from the image obtained,
Construction that corrects the construction path of the NC machine robot in accordance with an error between the gap between the gas injection nozzle and the construction surface to be welded measured in the nozzle interval measurement step before construction, and a predetermined distance set in advance. A path correction step;
According to the construction path corrected in this construction path correction step, the welding head starts to move from the construction start point to the construction end point, and the gas supply pipe passes through the laser irradiation head and the gas injection nozzle. A construction start step for injecting an inert gas onto the surface to be welded, irradiating a laser beam from a laser irradiation head through a gas injection nozzle, feeding a welding wire through a welding wire feed pipe, and starting welding construction. When,
After starting welding work in this construction start step, an allowable error of a predetermined interval in which a gap between the opening end of the gas injection nozzle detected by the eddy current type distance sensor and the welding target construction surface is set in advance. A nozzle interval determining step for determining whether or not it is within a range;
If it is determined in this nozzle interval determination step that the interval between the open end of the gas injection nozzle and the construction surface to be welded is outside the allowable error range of the predetermined interval, an error value with respect to the predetermined interval And a nozzle slide control step for controlling the nozzle slide adjusting mechanism according to the method and adjusting the interval between the opening end of the gas injection nozzle and the welding target construction surface to a predetermined interval;
A welding method using an underwater welding apparatus characterized by comprising:
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