(57)【要約】【課題】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。【解決手段】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時同様に、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。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。）。
【特許文献１】特開２００２−１０３０７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【発明の効果】
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
（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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
（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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
（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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
（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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
（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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
（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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
（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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
（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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
（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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
次に、前記構成の水中溶接装置の動作について説明する。
【００９６】
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。
【００９７】
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）。
【００９８】
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）。
【００９９】
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）。
【０１００】
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）。
【０１０１】
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）。
【０１０２】
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）。
【０１０３】
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）。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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）。
【０１０９】
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）。
【０１１０】
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）。
【０１１１】
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）。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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）。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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）。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
（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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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）。
【０１２９】
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）。
【０１３０】
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）。
【０１３１】
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）。
【０１３２】
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）。
【０１３３】
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）。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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）。
【０１３６】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１３７】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】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。
【図１２】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。
【図１３】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。
【図１４】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。
【図１５】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。
【符号の説明】
【０１３８】
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。
【図１】
2005279720.tif 000003
【図２】
2005279720.tif 000004
【図３】
2005279720.tif 000005
【図４】
2005279720.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2005279720.tif 000009
【図８】
2005279720.tif 000010
【図９】
2005279720.tif 000011
【図１０】
2005279720.tif 000012
【図１１】
2005279720.tif 000013
【図１２】
2005279720.tif 000014
【図１３】
2005279720.tif 000015
【図１４】
2005279720.tif 000016
【図１５】
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