JP5464917B2 - Laser arc combined welding head - Google Patents

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Description

本発明は、レーザ溶接とアーク溶接とを併用して溶接を行なうレーザ・アーク複合溶接ヘッドに関し、特に、溶接線方向に対して溶接母材の変形や歪み、傾き、板厚の変化が生じても、レーザ集光ヘッドとアーク溶接トーチとの距離、レーザ集光ヘッド及びアーク溶接トーチと溶接母材との距離を常に一定に保つことができるレーザ・アーク複合溶接ヘッドに関するものである。   The present invention relates to a laser / arc combined welding head that performs welding using both laser welding and arc welding, and in particular, deformation, distortion, inclination, and plate thickness change of a weld base material with respect to the weld line direction. The present invention also relates to a laser / arc combined welding head that can always keep the distance between the laser focusing head and the arc welding torch and the distance between the laser focusing head and the arc welding torch and the welding base material constant.

YAGレーザ、炭酸ガスレーザ、半導体レーザ、ファイバーレーザ及びディスクレーザ等を利用したレーザ溶接は、高エネルギー密度の熱源であるため、例えば、2m/分を超える高速溶接が可能である。その反面、レーザ照射部のビームスポットが小さいため、溶融金属量が少なく、ギャップを埋めながら溶接することが困難である。したがって、レーザ溶接においては、溶接母材の継手部分のギャップ管理が必要であった。   Laser welding using a YAG laser, a carbon dioxide laser, a semiconductor laser, a fiber laser, a disk laser, or the like is a heat source with a high energy density, and thus, for example, high-speed welding exceeding 2 m / min is possible. On the other hand, since the beam spot of the laser irradiation part is small, the amount of molten metal is small and it is difficult to weld while filling the gap. Therefore, in laser welding, it is necessary to manage the gap of the joint portion of the weld base material.

アーク溶接は、溶接母材と電極との間、あるいは、溶接母材と溶接ワイヤとの間でアークを発生させ、その熱によって溶接母材を溶融し、溶接箇所の周囲を例えば、ArガスやHeガス等のシールドガスで保護して溶接する。   In arc welding, an arc is generated between a welding base material and an electrode, or between a welding base material and a welding wire, and the welding base material is melted by the heat. Protect and weld with shielding gas such as He gas.

アーク溶接の一つであるTIG溶接は、例えば、厚さ3mm以上の中厚板の溶接を行う場合、溶接開先を形成し、溶融部にフィラワイヤ(溶加材)を送給し、多数パスの積層を行い、溶接開先を埋めることにより溶接を行う。このため、溶接母材の板厚が厚い場合には、非常に多くの溶接時間を要する。   TIG welding, which is one of arc welding, for example, when welding a thick plate with a thickness of 3 mm or more, forms a welding groove, feeds filler wire to the melted part, and passes many passes. Are welded by filling the welding groove. For this reason, when the plate | board thickness of a welding base material is thick, very much welding time is required.

そこで、近年、中厚板の高能率溶接法として、レーザ照射とアーク溶接とを併用するレーザ・アーク複合溶接が提案されている。レーザ・アーク複合溶接は、レーザ照射による深い溶込みで、アークの広がりのある熱源によって継手部分を幅広く溶融し、両熱源の複合効果等を利用するため、厚板の溶接及び高速溶接に有効である(例えば、特許文献1参照。)。   Therefore, in recent years, laser-arc combined welding using both laser irradiation and arc welding has been proposed as a high-efficiency welding method for medium-thick plates. Laser-arc combined welding is effective for thick plate welding and high-speed welding because the joint is melted widely by a heat source with an arc spread due to deep penetration by laser irradiation and uses the combined effect of both heat sources. (For example, refer to Patent Document 1).

特開2005−224836号公報JP 2005-224836 A

図6及び図7は、従来のレーザ・アーク複合溶接ヘッドによる溶接母材を溶接している状態を示す側面図である。   6 and 7 are side views showing a state in which a welding base material is welded by a conventional laser / arc combined welding head.

図6(a)に示すように、レーザ集光ヘッド1及びアーク溶接トーチ2は、中心軸を傾斜させて溶接母材W上に配設されている。また、溶接母材Wの板面上で溶接方向(矢印方向)に沿うように回動する1個の倣いローラ4がローラ支持フレーム5により回動自在に支持されている。そして、レーザ集光ヘッド1及びアーク溶接トーチ2が本体フレーム(図示せず)を介してローラ支持フレーム5に取付けられている。   As shown in FIG. 6A, the laser focusing head 1 and the arc welding torch 2 are disposed on the welding base material W with the central axis inclined. In addition, one copying roller 4 that rotates along the welding direction (arrow direction) on the plate surface of the welding base material W is rotatably supported by a roller support frame 5. The laser condensing head 1 and the arc welding torch 2 are attached to the roller support frame 5 via a main body frame (not shown).

レーザ集光ヘッド1は、レーザ集光ヘッド1の先端と、レーザ集光ヘッド1の中心軸と溶接母材Wとの交点間距離D(以下、「距離D」と記す。)が確保されて配置されている。また、アーク溶接トーチ2は、シールドガスノズル2の先端のコンタクトチップ30と、アーク溶接トーチの中心軸と溶接母材Wとの交点間距離D(以下、距離「D」と記す。)が確保されて配置されている。 The laser condensing head 1 secures a distance D L (hereinafter referred to as “distance D L ”) between the tip of the laser condensing head 1, the central axis of the laser condensing head 1, and the welding base material W. Has been placed. Further, the arc welding torch 2 has a distance D A between the contact tip 30 at the tip of the shield gas nozzle 2 and the center axis of the arc welding torch and the welding base material W (hereinafter referred to as a distance “D A ”). Secured and arranged.

さらに、レーザ集光ヘッド1とアーク溶接トーチ2とは、レーザ集光ヘッド1の中心軸と溶接母材Wとの交点と、アーク溶接トーチ2の中心軸と溶接母材Wとの交点との距離DLA(以下、「距離DLA」と記す。)が確保されて配置されている。このように、従来のレーザ・アーク複合溶接ヘッドは、1個の倣いローラ4とレーザ集光ヘッド1及びアーク溶接トーチ2との位置関係が固定されたものである。 Further, the laser condensing head 1 and the arc welding torch 2 are formed by the intersection of the central axis of the laser condensing head 1 and the welding base material W and the intersection of the central axis of the arc welding torch 2 and the welding base material W. A distance D LA (hereinafter referred to as “distance D LA ”) is secured and arranged. Thus, the conventional laser / arc combined welding head has a fixed positional relationship between one copying roller 4, the laser focusing head 1 and the arc welding torch 2.

レーザ・アーク複合溶接において、上記距離D、距離D及び距離DLAは、溶接性に影響する極めて重要なパラメータである。この3つのパラメータのうち、距離DLAは、この距離DLAが短い場合はレーザ光とアークの干渉のため、スパッタの増加等の溶接不安定性が増す一方、距離DLAが長い場合はレーザ光とアークが分離し、複合溶接としてのメリットが得られないという理由から適切な距離が確保されている。 In the laser-arc combined welding, the distance D L , the distance D A and the distance D LA are extremely important parameters that affect the weldability. Of these three parameters, the distance D LA is increased when the distance D LA is short, because of the interference between the laser beam and the arc, resulting in increased welding instability such as an increase in spatter. On the other hand, when the distance D LA is long, the laser beam is increased. An appropriate distance is ensured because the arc is separated and the merit of composite welding cannot be obtained.

しかしながら、1個の倣いローラ4とレーザ集光ヘッド1及びアーク溶接トーチ2との位置関係が固定されていると、溶接方向に対して溶接母材Wの変形や歪み、傾き、板厚の変化が生じると、上記3つのパラメータにずれが生じる。   However, if the positional relationship between the single copying roller 4, the laser focusing head 1 and the arc welding torch 2 is fixed, the deformation, distortion, inclination, and change in thickness of the welding base material W with respect to the welding direction. When this occurs, a deviation occurs in the above three parameters.

その具体例について、図6(a)、(b)を参照して説明する。図6(a)において、溶接母材Wを平坦な状態で突合せ溶接する場合は、上記3つのパラメータである、距離D、距離D及び距離DLAは変化しない。しかし、図6(b)において、溶接母材Wが例えば、15度傾斜した状態で突合せ溶接する場合、平坦な状態で突合せ溶接する場合の距離D、距離D及び距離DLAがΔD、ΔD及びΔDLAだけ変化する。 Specific examples thereof will be described with reference to FIGS. 6 (a) and 6 (b). In FIG. 6A, when the butt welding is performed on the welding base material W in a flat state, the distance D L , the distance D A and the distance D LA which are the above three parameters do not change. However, in FIG. 6B, for example, when the butt welding is performed with the welding base material W inclined at 15 degrees, the distance D L , the distance D A, and the distance D LA when the butt welding is performed in a flat state are ΔD L , ΔD A and ΔD LA .

すなわち、溶接時に、溶接方向に対して溶接母材Wの変形や歪み、傾き、板厚の変化が生じると、溶接性に影響する上記3つのパラメータを一定に保つことができなくなり、レーザ・アーク複合溶接を安定して行うことができないという問題があった。   That is, if deformation, distortion, inclination, or change in thickness of the weld base material W occurs in the welding direction during welding, the above three parameters that affect weldability cannot be kept constant, and the laser arc There was a problem that composite welding could not be performed stably.

上記距離D、距離D及び距離DLAが変化すると新たな問題が生じる。その具体例について図6を参照して説明する。距離Dが変化すると、レーザ光10が溶接母材Wの表面で反射することがあり、その反射光がアーク溶接トーチ2のシールドガスノズル3に照射され、シールドガスノズル3が早期に焼損する恐れがある。 When the distance D L , the distance D A and the distance D LA change, a new problem arises. A specific example thereof will be described with reference to FIG. When the distance D L is changed, there is a laser beam 10 is reflected by the surface of the welded base metal W, is a possibility that the reflected light is irradiated to the shield gas nozzle 3 of the arc welding torch 2, the shielding gas nozzle 3 may burn prematurely is there.

また、図7において、レーザ集光ヘッド1には、通常、スパッタ等から集光レンズ光学系を保護するため、レーザ集光ヘッド1の先端部の一方向からレーザ光10の光軸に対して略直角方向へ噴出するクロスジェット用の空気300が噴出されている。   In FIG. 7, the laser condensing head 1 usually has an optical axis of the laser beam 10 from one direction of the tip of the laser condensing head 1 in order to protect the condensing lens optical system from sputtering or the like. A cross jet air 300 is ejected in a substantially perpendicular direction.

距離DLA及びレーザ集光ヘッド1の角度が変化すると、クロスジェット用の空気300の噴出流によってレーザ集光ヘッド1及びアーク溶接トーチ2の先端部近傍領域に負圧部が生じ、この負圧部にシールドガスノズル3から流出するシールドガス20が誘引され、シールドガス20に空気が混入してしまい、アーク溶接の溶接欠陥が発生する恐れがある。 When the distance D LA and the angle of the laser condensing head 1 are changed, a negative pressure portion is generated in the region near the tip of the laser condensing head 1 and the arc welding torch 2 by the jet flow of the air 300 for cross jet. The shield gas 20 flowing out from the shield gas nozzle 3 is attracted to the part, and air is mixed into the shield gas 20, which may cause a welding defect in arc welding.

このように、従来のレーザ・アーク複合溶接ヘッドにおいては、溶接方向に対して溶接母材Wの変形や歪み、傾き、板厚の変化が生じた場合、距離D、距離D及び距離DLAを一定に保つことができなくなるので、レーザ・アーク複合溶接の溶接性の悪化のみならず、アーク溶接トーチ2のシールドガスノズル3が早期に損傷する恐れや、アーク溶接の溶接欠陥の恐れがあるという問題があった。 As described above, in the conventional laser / arc combined welding head, when the deformation, distortion, inclination, or change in the plate thickness of the welding base material W occurs in the welding direction, the distance D L , the distance D A, and the distance D are changed. Since LA cannot be kept constant, not only the weldability of laser / arc combined welding is deteriorated, but also the shield gas nozzle 3 of the arc welding torch 2 may be damaged at an early stage or there may be a welding defect of arc welding. There was a problem.

したがって、本発明は、上記問題点を解決することを課題としてなされたものであり、その目的とするところは、溶接方向に対して溶接母材の変形や歪み、傾き、板厚の変化が生じた場合でも、レーザ集光ヘッドとアーク溶接トーチとの距離、レーザ集光ヘッド及びアーク溶接トーチと溶接母材との距離を常に一定に保つことにより、安定したレーザ・アーク複合溶接を行うことができるとともに、アーク溶接トーチの損傷やアーク溶接の溶接欠陥を防止することができるレーザ・アーク複合溶接ヘッドを提供することにある。   Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and the object of the present invention is to cause deformation, distortion, inclination, and change in thickness of the weld base material with respect to the welding direction. Even if the distance between the laser focusing head and the arc welding torch and the distance between the laser focusing head and the arc welding torch and the welding base material are kept constant, stable laser / arc combined welding can be performed. Another object of the present invention is to provide a laser / arc combined welding head capable of preventing damage to the arc welding torch and arc welding welding defects.

本発明のレーザ・アーク複合溶接ヘッドは、レーザ光を集光して溶接母材に照射する集光レンズ光学系を有するレーザ集光ヘッドと、アーク溶接トーチとを並設し、レーザ溶接とアーク溶接とを併用して溶接するレーザ・アーク複合溶接ヘッドである。溶接線と所定の間隔をもって配置され、前記溶接母材の板面上で溶接線方向に沿うように転動する少なくとも2つの倣い手段と、倣い手段を回動自在に支持する倣い支持手段と、倣い支持手段を溶接線方向に沿って揺動可能に支持する支持手段と、倣い支持手段を溶接母材の板面方向に所定の荷重で付勢する付勢手段とを含んでいる。レーザ集光ヘッド及びアーク溶接トーチは、溶接線上に配置されるよう倣い支持手段にそれぞれ取付けられている。   The laser / arc combined welding head of the present invention comprises a laser condensing head having a condensing lens optical system for condensing laser light and irradiating a welding base material, and an arc welding torch in parallel, so that laser welding and arcing are performed. This is a laser-arc combined welding head that performs welding together with welding. At least two copying means that are arranged at a predetermined interval from the weld line and roll along the weld line direction on the plate surface of the weld base material, and a copy support means that rotatably supports the copying means; It includes support means for supporting the copying support means so as to be swingable along the weld line direction, and biasing means for biasing the copying support means with a predetermined load in the plate surface direction of the weld base material. The laser focusing head and the arc welding torch are respectively attached to the copying support means so as to be disposed on the welding line.

支持手段を鉛直方向に案内支持する直動手段をさらに備えてもよい。   A linear motion means for guiding and supporting the support means in the vertical direction may be further provided.

溶接線を挟んで倣い手段と対向に配置された第2の倣い手段及び該第2の倣い手段を回動自在に支持する第2の倣い支持手段をさらに備え、第2の倣い支持手段を溶接線方向に沿って揺動可能に支持する第2の支持手段と、第2の支持手段を鉛直方向に案内支持する第2の直動手段と、第2の倣い支持手段を溶接母材の板面方向に所定の荷重で付勢する第2の付勢手段とを含み、倣い支持手段と第2の支持手段を連結部材により連結することが好ましい。   The apparatus further comprises second copying means disposed opposite to the copying means across the weld line, and second copying support means for rotatably supporting the second copying means, and welding the second copying support means. A second support means for swingably supporting along the linear direction; a second linear motion means for guiding and supporting the second support means in the vertical direction; and a second scanning support means for the welded base metal plate. It is preferable to include a second urging means for urging with a predetermined load in the surface direction, and the copying support means and the second support means are connected by a connecting member.

また、本発明のレーザ・アーク複合溶接ヘッドは、レーザ光を集光して溶接母材に照射する集光レンズ光学系を有するレーザ集光ヘッドと、アーク溶接トーチとを並設し、レーザ溶接とアーク溶接とを併用して溶接するレーザ・アーク複合溶接ヘッドである。溶接線と所定の間隔をもって配置され、溶接母材の板面上で溶接線方向に沿うように転動する少なくとも2つの倣い手段と、倣い手段を回動自在に支持する第1の倣い支持手段と、溶接線を挟んで倣い手段と対向に配置された第2の倣い手段及び該第2の倣い手段を回動自在に支持する第2の倣い支持手段をさらに備え、第1の倣い支持手段と第2の倣い支持手段は、その上端部を連結部材により連結されており、第1の倣い支持手段及び第2の倣い支持手段を溶接母材の板面方向に所定の荷重で付勢する付勢手段と、該第1の倣い支持手段及び第2の倣い支持手段の上端面と、付勢手段を介して配置された天板と、さらに、第1の倣い支持手段と第2の倣い支持手段における、溶接線方向に対する前後左右の傾動を許容する可動部材を前記連結部材と天板の間に配置し、レーザ集光ヘッド及びアーク溶接トーチは、溶接線上に配置されるよう前記第1の倣い支持手段又は第2の倣い支持手段のいずれか一方にそれぞれ取付けられている。   Further, the laser / arc combined welding head of the present invention includes a laser condensing head having a condensing lens optical system that condenses laser light and irradiates a welding base material, and an arc welding torch. This is a laser / arc combined welding head that welds in combination with arc welding. At least two copying means which are arranged at a predetermined interval from the weld line and roll along the weld line direction on the plate surface of the weld base material, and a first copying support means which rotatably supports the copying means And a second copying means disposed opposite to the copying means across the weld line, and a second copying support means for rotatably supporting the second copying means, and the first copying support means. And the second copying support means are connected at their upper ends by a connecting member, and urge the first copying support means and the second copying support means in the direction of the plate surface of the weld base metal with a predetermined load. Urging means, upper end surfaces of the first profiling support means and the second profiling support means, a top plate arranged via the urging means, and further, the first profiling support means and the second profiling support means. The movable member that allows the support means to tilt forward, backward, left and right with respect to the weld line direction The laser focusing head and the arc welding torch are disposed between the linking member and the top plate, and are respectively attached to either the first scanning support means or the second scanning support means so as to be positioned on the weld line. .

レーザ集光ヘッド及びアーク溶接トーチは、溶接線方向に対する水平位置、溶接母材の板面に対する高さ及び溶接母材の板面に対する角度を調整する位置調整機構が具備されていることが好ましい。   The laser condensing head and the arc welding torch are preferably provided with a position adjusting mechanism that adjusts the horizontal position with respect to the welding line direction, the height of the weld base metal with respect to the plate surface, and the angle of the weld base material with respect to the plate surface.

アーク溶接トーチのシールドガスノズルのハウジングは、電極を中心に回転可能に支持されているとともに、該シールドガスノズルのハウジングを回転させる回転機構を具備してもよい。   The shield gas nozzle housing of the arc welding torch may be rotatably supported about the electrode, and may include a rotation mechanism for rotating the shield gas nozzle housing.

レーザ集光ヘッドの先端部には、該レーザ集光ヘッドの先端部の一方向からレーザ光の光軸に対して略直角方向に噴出するクロスジェット用の空気を、アーク溶接トーチのシールドガスノズルから流出するシールドガスと干渉しないように案内する案内手段が設けられていることが好ましい。   At the tip of the laser focusing head, cross jet air that is jetted from one direction of the tip of the laser focusing head in a direction substantially perpendicular to the optical axis of the laser beam is transmitted from the shield gas nozzle of the arc welding torch. It is preferable that a guiding means for guiding so as not to interfere with the flowing shield gas is provided.

本発明によれば、溶接方向に対して溶接母材の変形や歪み、傾き、板厚の変化が生じても、倣いローラを板面の変化に倣わせながら追従させることができるので、レーザ集光ヘッドとアーク溶接トーチとの距離、レーザ集光ヘッド及びアーク溶接トーチと溶接母材との距離を常に一定に保つことができる。その結果、安定したレーザ・アーク複合溶接を行うことができる。さらに、アーク溶接トーチのシールドガスノズルのハウジングが電極を中心に回転する構成、及び、クロスジェット用の空気の噴流をシールドガスノズルから流出するシールドガスと干渉しないように案内する案内手段をレーザ集光ヘッドの先端部に設けた構成を具備しているので、アーク溶接トーチの早期の損傷やアーク溶接の溶接欠陥をも防止することができるという効果を奏する。   According to the present invention, even if a deformation, distortion, inclination, or change in thickness of the weld base material occurs in the welding direction, the copying roller can be made to follow the change in the plate surface. The distance between the optical head and the arc welding torch and the distance between the laser focusing head and the arc welding torch and the welding base material can always be kept constant. As a result, stable laser / arc combined welding can be performed. Further, a laser condensing head includes a structure in which a shield gas nozzle housing of an arc welding torch rotates around an electrode, and guide means for guiding a jet of air for cross jet so as not to interfere with shield gas flowing out from the shield gas nozzle. Since the structure provided in the front-end | tip part is comprised, there exists an effect that the early damage of an arc welding torch and the welding defect of arc welding can also be prevented.

本発明に係るレーザ・アーク複合溶接ヘッドの第1実施形態を示した斜視図及び側面図である。It is the perspective view and side view which showed 1st Embodiment of the laser arc combined welding head which concerns on this invention. 本発明に係るレーザ・アーク複合溶接ヘッドの第2実施形態を示した斜視図及び側面図である。It is the perspective view and side view which showed 2nd Embodiment of the laser arc combined welding head which concerns on this invention. 本発明に係るレーザ・アーク複合溶接ヘッドの第3実施形態を示した側面図である。It is the side view which showed 3rd Embodiment of the laser arc combined welding head which concerns on this invention. アーク溶接トーチのシールドガスノズルを回転させる回転機構を設け、レーザ集光ヘッドの先端部にクロスジェット用空気の案内板を設けた側面図である。It is the side view which provided the rotation mechanism which rotates the shield gas nozzle of an arc welding torch, and provided the guide plate of the air for cross jets in the front-end | tip part of a laser condensing head. 第2実施形態のレーザ・アーク複合溶接ヘッドの変形例を示した側面図である。It is the side view which showed the modification of the laser arc combined welding head of 2nd Embodiment. 従来のレーザ・アーク複合溶接ヘッドによる溶接母材を溶接している状態を示す側面図である。It is a side view which shows the state which welds the preform | base_material with the conventional laser arc combined welding head. シールドガスノズルの損傷及びクロスジェット用の空気によるシールドガスの干渉を説明する側面図である。It is a side view explaining interference of the shield gas by the damage of a shield gas nozzle, and the air for cross jets.

以下、本発明に係るレーザ・アーク複合溶接ヘッドの実施の形態について、添付図面に従って説明する。   Embodiments of a laser / arc combined welding head according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

実施の形態1
1.レーザ・アーク複合溶接ヘッドの構成
図1は、本発明に係るレーザ・アーク複合溶接ヘッドの第1実施形態を示した構成図である。図1に示すように、本実施の形態のレーザ・アーク複合溶接ヘッドT(以下、「複合溶接ヘッドT」と記す。)は、多関節ロボットによって溶接を行う場合に、多関節ロボットのロボットアーム200の先端に装着されて溶接を行うものである。
Embodiment 1
1. Configuration of Laser / Arc Composite Welding Head FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a laser / arc composite welding head according to the present invention. As shown in FIG. 1, the laser-arc combined welding head T of the present embodiment (hereinafter referred to as “composite welding head T”) is a robot arm of an articulated robot when welding is performed by an articulated robot. It is attached to the tip of 200 for welding.

複合溶接ヘッドTは、レーザ集光ヘッド1と、アーク溶接トーチ2と、倣いローラ4及びローラ支持フレーム5と、回転軸6と、可動フレーム7と、スプリング8と、精密直線ガイド9と、本体フレーム100とを含む。   The composite welding head T includes a laser focusing head 1, an arc welding torch 2, a copying roller 4 and a roller support frame 5, a rotating shaft 6, a movable frame 7, a spring 8, a precision linear guide 9, a main body. Frame 100.

レーザ集光ヘッド1から照射されるレーザとしては、例えば、YAGレーザが選択される。YAGレーザは、ビームスポット径を小さくすることが可能であるため、より精密な溶接を行うことができるので好ましい。そして、レーザ発振器(図示せず)から発生したレーザ光を光ファイバによって伝送し、複数枚の集光レンズ及び保護ガラスからなる集光レンズ光学系により、レーザ光10を溶接母材W1、W2の表面部分に集光させる。 For example, a YAG laser is selected as the laser irradiated from the laser focusing head 1. A YAG laser is preferable because the beam spot diameter can be reduced, so that more precise welding can be performed. Then, laser light generated from a laser oscillator (not shown) is transmitted by an optical fiber, and the laser light 10 is transmitted to the welding base materials W1 and W2 by a condensing lens optical system composed of a plurality of condensing lenses and protective glass. Focus on the surface.

なお、本実施の形態では、レーザ集光ヘッド1から照射されるレーザとしてYAGレーザで構成しているが、これに限らず、炭酸ガスレーザ、半導体レーザ、ファイバーレーザ及びディスクレーザを用いることも可能である。   In this embodiment, the YAG laser is used as the laser emitted from the laser focusing head 1, but the present invention is not limited to this, and a carbon dioxide laser, a semiconductor laser, a fiber laser, and a disk laser can also be used. is there.

レーザ集光ヘッド1は、レーザ光10を集光して溶接母材W1、W2に照射する集光レンズ光学系を有しており、溶接線上に配置される。レーザ集光ヘッド1は、位置調整ネジ80a及び摺動ブロック80bからなる水平位置調整機構80に固着されており、位置調整ネジ80aを時計回り方向又は反時計回り方向に回すことにより、摺動ブロック80bが右方向又は左方向に移動するのに伴い、レーザ集光ヘッド1が水平方向に移動する。   The laser condensing head 1 has a condensing lens optical system that condenses the laser beam 10 and irradiates the welding base materials W1 and W2, and is disposed on the welding line. The laser condensing head 1 is fixed to a horizontal position adjusting mechanism 80 including a position adjusting screw 80a and a sliding block 80b. By rotating the position adjusting screw 80a in a clockwise direction or a counterclockwise direction, a sliding block is provided. As 80b moves to the right or left, the laser focusing head 1 moves in the horizontal direction.

また、レーザ集光ヘッド1は、ベースブロック81a、摺動ラック部材81b及び高さ調整ネジ81cからなる高さ調整機構81に取付けられている。高さ調整ネジ81cを時計回り方向又は反時計回り方向に回すことにより、摺動ラック部材81bが上下方向に移動するのに伴い、レーザ集光ヘッド1が上下方向に移動する。   The laser condensing head 1 is attached to a height adjusting mechanism 81 including a base block 81a, a sliding rack member 81b, and a height adjusting screw 81c. By turning the height adjusting screw 81c clockwise or counterclockwise, the laser condensing head 1 moves up and down as the sliding rack member 81b moves up and down.

さらに、レーザ集光ヘッド1は、円盤状のベース板82に取付けられているとともに、該ベース板82は回転軸(図示せず)を介してローラ支持フレーム5に回動可能に支持されている。また、ベース板82の上部側面には、角度調整機構90が設けられており、角度調整機構90のつまみを時計回り方向に回すことにより、ベース板80が所望の角度で固定される。その結果、レーザ集光ヘッド1を所望の角度にセットできる(なお、図1(b)は、角度調整機構90を省略している。)。   Further, the laser condensing head 1 is attached to a disk-shaped base plate 82, and the base plate 82 is rotatably supported by the roller support frame 5 via a rotating shaft (not shown). . An angle adjustment mechanism 90 is provided on the upper side surface of the base plate 82, and the base plate 80 is fixed at a desired angle by turning the knob of the angle adjustment mechanism 90 clockwise. As a result, the laser condensing head 1 can be set at a desired angle (note that the angle adjusting mechanism 90 is omitted in FIG. 1B).

アーク溶接トーチ2としては、例えば、溶接ワイヤWRと溶接母材W1、W2間にアークを発生させて溶接する消耗電極を使用するMIG溶接トーチやMAG溶接トーチが用いられる。そして、アーク溶接トーチ2から発生するアーク放電35をレーザ光10の集光部に合わせる。(なお、図において、ワイヤ供給機構等の機器を省略している。)   As the arc welding torch 2, for example, an MIG welding torch or a MAG welding torch using a consumable electrode for generating an arc between the welding wire WR and the welding base materials W1 and W2 is used. Then, the arc discharge 35 generated from the arc welding torch 2 is matched with the condensing part of the laser beam 10. (In the figure, devices such as a wire supply mechanism are omitted.)

アーク溶接トーチ2は、溶接線上にレーザ集光ヘッド1とほぼ直列となるように配置される。アーク溶接トーチ2側にもレーザ集光ヘッド1側と同様の上記調整機構を具備しており、アーク溶接トーチ2を所望の位置及び角度に調整することができる。   The arc welding torch 2 is disposed on the welding line so as to be substantially in series with the laser focusing head 1. The arc welding torch 2 side is also provided with the same adjustment mechanism as that of the laser focusing head 1 side, and the arc welding torch 2 can be adjusted to a desired position and angle.

上記構成により、水平位置調整機構80、高さ調整機構81及び角度調整機構90を適宜調整することで、レーザ集光ヘッド1及びアーク溶接トーチ2における3つのパラメータ、距離D、距離D及び距離DLAが所望の値に調整することができる。また、高さ調整機構81を具備することにより、溶接母材Wに対するレーザ集光ヘッド1及びアーク溶接トーチ2の高さを可変することができ、例えば、溶接ビードを2層以上重ねる「多パス溶接」にも適用することができる。 With the above configuration, by adjusting the horizontal position adjusting mechanism 80, the height adjusting mechanism 81 and the angle adjusting mechanism 90 as appropriate, the three parameters in the laser focusing head 1 and arc welding torch 2, the distance D L, the distance D A and The distance D LA can be adjusted to a desired value. Further, by providing the height adjusting mechanism 81, the height of the laser focusing head 1 and the arc welding torch 2 with respect to the welding base material W can be varied. For example, “multi-pass” in which two or more layers of welding beads are stacked. It can also be applied to “welding”.

倣いローラ4は、溶接線方向に略平行となるよう直列に2個配置され、溶接母材W1の板面上で溶接線方向に沿うように転動するよう、下向きコの字型のローラ支持フレーム5に回転軸40を介して回動自在に取付けられている。   Two copying rollers 4 are arranged in series so as to be substantially parallel to the welding line direction, and are supported by a downward U-shaped roller so as to roll along the welding line direction on the plate surface of the welding base material W1. It is attached to the frame 5 via a rotary shaft 40 so as to be rotatable.

ローラ支持フレーム5の横梁部分には、回転軸6が水平方向に貫通して取付けられている。一方、断面T字状の可動フレーム7の側面には、ベアリング(図示せず)が圧入嵌合されており、ローラ支持フレーム5の回転軸6を軸支している。これにより、可動フレーム7は、ローラ支持フレーム5を溶接線方向に沿って揺動可能に支持される。   A rotating shaft 6 is attached to the horizontal beam portion of the roller support frame 5 so as to penetrate in the horizontal direction. On the other hand, a bearing (not shown) is press-fitted to the side surface of the movable frame 7 having a T-shaped cross section, and supports the rotating shaft 6 of the roller support frame 5. Thereby, the movable frame 7 is supported so that the roller support frame 5 can swing along the welding line direction.

スプリング8は、可動フレーム7の上端部と本体フレーム100の上端部裏面側との間に固着され、ローラ支持フレーム5をスプリング8の反発力で下方に付勢している。すなわち、倣いローラ4を溶接母材W1の板面に向けて所定の荷重で付勢している。倣いローラ4に対する付勢力は、スプリング8を変更することで適宜の付勢力を得ることができるが、本実施の形態の複合溶接ヘッドTにおける倣いローラ4に対する付勢力は、倣いローラ4が溶接母材W上から離反しない程度の付勢力でよい。   The spring 8 is fixed between the upper end portion of the movable frame 7 and the back surface side of the upper end portion of the main body frame 100, and urges the roller support frame 5 downward by the repulsive force of the spring 8. That is, the copying roller 4 is biased with a predetermined load toward the plate surface of the welding base material W1. The urging force for the copying roller 4 can be obtained by changing the spring 8. However, the urging force for the copying roller 4 in the composite welding head T of the present embodiment is such that the copying roller 4 is welded to the welding mother. An urging force that does not separate from the material W is sufficient.

可動フレーム7と本体フレーム100との間には、レーザ集光ヘッド1及びアーク溶接トーチ2、ローラ支持フレーム5からなるユニットを鉛直方向(矢印方向)へ移動可能に案内支持する一対のリニアレール9aと、これらのリニアレール9a上を走行するリニアガイド9bからなる精密直線ガイド9が設けられている。   Between the movable frame 7 and the main body frame 100, a pair of linear rails 9a for guiding and supporting a unit composed of the laser focusing head 1, the arc welding torch 2, and the roller support frame 5 so as to be movable in the vertical direction (arrow direction). In addition, a precision linear guide 9 including a linear guide 9b that travels on these linear rails 9a is provided.

図1(a)に示すように、一対のリニアレール9aは、本体フレーム100の一の側面に所定の間隔をもって、鉛直方向(矢印方向)に延びて平行に配置されている。一方、図1(b)に示すように、リニアガイド9bは、固定フレーム100の一の側面と対向する可動フレーム7の側面にそれぞれ取り付け固定され、各リニアガイド9bがリニアレール9a上に移動可能に支持されている。   As shown in FIG. 1A, the pair of linear rails 9 a are arranged in parallel on one side surface of the main body frame 100 so as to extend in the vertical direction (arrow direction) with a predetermined interval. On the other hand, as shown in FIG. 1B, the linear guides 9b are attached and fixed to the side surfaces of the movable frame 7 facing one side surface of the fixed frame 100, and each linear guide 9b is movable on the linear rail 9a. It is supported by.

これにより、可動フレーム7に支持されているレーザ集光ヘッド1及びアーク溶接トーチ2、ローラ支持フレーム5からなるユニットは、鉛直方向(矢印方向)への移動が可能となる。   Thereby, the unit consisting of the laser focusing head 1, the arc welding torch 2 and the roller support frame 5 supported by the movable frame 7 can be moved in the vertical direction (arrow direction).

このように、本実施の形態の複合溶接ヘッドTは、ローラ支持フレーム5が溶接線方向に沿って揺動可能に支持されている構成、倣いローラ4を溶接母材Wの板面に向けて所定の荷重で付勢する構成、並びに、ローラ支持フレーム5が鉛直方向へ移動可能な構成を具備することにより、溶接線方向に対して溶接母材Wの変形や歪み、傾き、板厚の変化が生じても、倣いローラ4を板面の変化に倣わせながら追従させることができる。その結果、[発明が解決しようとする課題]で説明した3つのパラメータである、距離D、距離D及び距離DLAを一定に保つことができる。 As described above, the composite welding head T of the present embodiment has a configuration in which the roller support frame 5 is supported so as to be swingable along the weld line direction, and the copying roller 4 faces the plate surface of the welding base material W. By providing a structure for urging with a predetermined load and a structure for allowing the roller support frame 5 to move in the vertical direction, deformation, distortion, inclination, and change in thickness of the weld base material W with respect to the weld line direction. Even if this occurs, the copying roller 4 can be made to follow the change in the plate surface. As a result, the distance D L , the distance D A and the distance D LA which are the three parameters described in [Problems to be solved by the invention] can be kept constant.

2.レーザ・アーク複合溶接ヘッドの動作
次に、本実施の形態の複合溶接ヘッドTによる溶接について図1を参照して説明する。本動作例では、溶接線方向の前方にレーザ集光ヘッド1を配置し、後方にアーク溶接トーチ2を配置したレーザ先行型の溶接法で説明する。
2. Operation of the laser arc hybrid welding head will now be described with reference to FIG. 1 for welding by hybrid welding head T of the present embodiment. In this operation example, a laser leading type welding method in which the laser focusing head 1 is arranged in front of the welding line direction and the arc welding torch 2 is arranged behind will be described.

先ず、多関節ロボットを作動させて複合溶接ヘッドTを溶接開始位置に戴置する。この時、2個の倣いローラ4は、溶接線の近傍に略平行となるよう溶接母材W1上に戴置される。そして、該倣いローラ4は、スプリング8の反発力で溶接母材W1の板面方向に所定の荷重で付勢した状態で溶接母材W1上に当接する。   First, the articulated robot is operated to place the composite welding head T at the welding start position. At this time, the two copying rollers 4 are placed on the welding base material W1 so as to be substantially parallel to the vicinity of the welding line. Then, the copying roller 4 abuts on the welding base material W1 in a state where it is urged by a predetermined load in the plate surface direction of the welding base material W1 by the repulsive force of the spring 8.

そして、水平位置調整機構80、高さ調整機構81及び角度調整機構90を適宜調整し、上記3つのパラメータ、距離D、距離D及び距離DLAが所望の値となるようレーザ集光ヘッド1及びアーク溶接トーチ2をセットする。 Then, the horizontal position adjusting mechanism 80, the height adjusting mechanism 81, and the angle adjusting mechanism 90 are appropriately adjusted so that the above three parameters, the distance D L , the distance D A, and the distance D LA have desired values. 1 and arc welding torch 2 are set.

次に、多関節ロボットの制御装置(図示せず)に溶接開始信号が入力すると、レーザ・アーク複合溶接が開始され、溶接母材W1、W2との突合せ部分に溶接ビードBwが形成される。   Next, when a welding start signal is input to a control device (not shown) of the articulated robot, laser / arc combined welding is started, and a weld bead Bw is formed at a butt portion with the welding base materials W1 and W2.

ロボットアーム200の先端に接続された複合溶接ヘッドTは、ロボット本体内のティーチング装置に予めティーチングされた溶接経路に従ってX軸方向(溶接線方向)に移動する。この時、複合溶接ヘッドTの倣いローラ4は、スプリング8の反発力により溶接母材W1の板面上を付勢し、溶接線方向を沿うように十分に倣った状態で転動する。   The composite welding head T connected to the tip of the robot arm 200 moves in the X-axis direction (welding line direction) according to a welding path taught in advance by a teaching device in the robot body. At this time, the copying roller 4 of the composite welding head T is urged on the plate surface of the welding base material W1 by the repulsive force of the spring 8, and rolls in a state of sufficiently copying along the welding line direction.

一方、複合溶接ヘッドTの溶接進行方向に対して、例えば、溶接母材W1、W2の板面が溶接進行方向に向かって漸次傾きが増大するときは、ローラ支持フレーム5が回転軸6の仮想中心点を軸にして時計回り方向に傾き、溶接母材Wに対するレーザ集光ヘッド1及びアーク溶接トーチ2の傾きを補正する。   On the other hand, with respect to the welding progress direction of the composite welding head T, for example, when the inclination of the plate surfaces of the welding base materials W1 and W2 gradually increases toward the welding progress direction, the roller support frame 5 is the virtual axis of the rotating shaft 6. By tilting in the clockwise direction around the center point, the tilt of the laser focusing head 1 and the arc welding torch 2 with respect to the welding base material W is corrected.

さらに、ローラ支持フレーム5が精密直線ガイド9を介して鉛直方向に押し上がることによりスプリング8が縮む。そして、溶接母材W1の板面上を転動する倣いローラ4は、スプリング8の付勢力に抗して溶接母材W1の傾きの変化に倣いつつ溶接母材W1上を転動するので、溶接母材Wに対するレーザ集光ヘッド1及びアーク溶接トーチ2の高さを補正することができる。   Further, when the roller support frame 5 is pushed up in the vertical direction via the precision linear guide 9, the spring 8 is contracted. Then, the copying roller 4 that rolls on the plate surface of the welding base material W1 rolls on the welding base material W1 while following the change in the inclination of the welding base material W1 against the biasing force of the spring 8. The heights of the laser focusing head 1 and the arc welding torch 2 with respect to the welding base material W can be corrected.

同様に、複合溶接ヘッドTの溶接進行方向に対して、例えば、溶接母材W1、W2の板面が溶接進行方向に向かって漸次傾きが減少するときは、ローラ支持フレーム5が回転軸6の仮想中心点を軸にして反時計回り方向に傾き、溶接母材Wに対するレーザ集光ヘッド1及びアーク溶接トーチ2の傾きを補正する。   Similarly, for example, when the inclination of the plate surfaces of the welding base materials W1 and W2 gradually decreases toward the welding progress direction with respect to the welding progress direction of the composite welding head T, the roller support frame 5 is attached to the rotating shaft 6. By tilting in the counterclockwise direction around the virtual center point, the tilt of the laser focusing head 1 and the arc welding torch 2 with respect to the welding base material W is corrected.

さらに、ローラ支持フレーム5が精密直線ガイド9を介して鉛直方向に下降することによりスプリング8が伸び、該スプリング8の反発力により溶接母材W1の板面上を転動する倣いローラ4を付勢する。これにより、溶接母材Wに対するレーザ集光ヘッド1及びアーク溶接トーチ2の高さを補正することができる。   Further, the roller support frame 5 is moved downward in the vertical direction through the precision linear guide 9 so that the spring 8 is extended, and the copying roller 4 that rolls on the plate surface of the welding base material W1 by the repulsive force of the spring 8 is attached. Rush. Thereby, the height of the laser condensing head 1 and the arc welding torch 2 with respect to the welding base material W can be corrected.

その後、複合溶接ヘッドTが溶接終了位置に到達すると、レーザ・アーク複合溶接が終了する。   Thereafter, when the composite welding head T reaches the welding end position, the laser-arc composite welding is finished.

なお、本実施の形態の複合溶接ヘッドTでは、精密直線ガイド9を設けて、複合溶接ヘッドTの鉛直方向の動きを許容する構成を説明したが、これに限らず、スプリング8のみでローラ支持フレーム5を付勢する機構と複合溶接ヘッドTの鉛直方向の動きを許容する機構とを兼用してもよい。   In the composite welding head T of the present embodiment, the configuration in which the precision linear guide 9 is provided to allow the composite welding head T to move in the vertical direction has been described. A mechanism that urges the frame 5 and a mechanism that allows the vertical movement of the composite welding head T may be combined.

実施の形態2
図2は、本発明に係る複合溶接ヘッドの第2実施形態を示した構成図である。図2に示すように、本実施の形態の複合溶接ヘッドTは、倣いローラの数及び倣いローラを支持するローラ支持フレームの構成等が異なっている。なお、図2において、第1実施形態と同一の要素には、上記第1実施形態と同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
Embodiment 2
FIG. 2 is a configuration diagram showing a second embodiment of the composite welding head according to the present invention. As shown in FIG. 2, the composite welding head T of the present embodiment differs in the number of copying rollers, the configuration of a roller support frame that supports the copying rollers, and the like. In FIG. 2, the same elements as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment, and detailed description thereof is omitted.

複合溶接ヘッドTは、4個の倣いローラ4を有している。一方の倣いローラ4は、溶接母材W1の板面上で溶接線方向に沿うように転動するよう、第1のローラ支持フレーム5aに回転軸40を介して回動自在に取付けられている。また、他方の倣いローラ4は、上記一方の倣いローラ4と対向する位置に配置され、溶接母材W2の板面上で溶接線方向に沿うように転動するよう、第2のローラ支持フレーム5bに回転軸40を介して回動自在に取付けられている。   The composite welding head T has four copying rollers 4. One copying roller 4 is rotatably attached to the first roller support frame 5a via the rotation shaft 40 so as to roll along the weld line direction on the plate surface of the welding base material W1. . The other copying roller 4 is disposed at a position facing the one copying roller 4 and is a second roller support frame that rolls along the welding line direction on the plate surface of the welding base material W2. It is rotatably attached to 5b via a rotating shaft 40.

図2(a)に示すように、第1のローラ支持フレーム5aの内側側面と第2のローラ支持フレーム5bの内側側面との間には、ステー75が固着されており、第1のローラ支持フレーム5aと第2のローラ支持フレーム5bとが一体的に形成されている。図2(b)に示すように、第1のローラ支持フレーム5a及び第2のローラ支持フレーム5bの上端面には、断面形状が下向きコの字型の天井プレート101が覆設されている。   As shown in FIG. 2 (a), a stay 75 is fixed between the inner side surface of the first roller support frame 5a and the inner side surface of the second roller support frame 5b. The frame 5a and the second roller support frame 5b are integrally formed. As shown in FIG. 2B, a ceiling plate 101 having a U-shaped cross-section is covered on the upper end surfaces of the first roller support frame 5a and the second roller support frame 5b.

また、ステー75の上端面と天井プレート101の裏面との間には、ボールジョイント85が取付けられており、第1のローラ支持フレーム5a及び第2のローラ支持フレーム5bからなるユニットが、X軸方向に対しても、Y軸方向に対しても左右に傾動可能となるよう構成されている。つまり、ボールジョイント85により、第1のローラ支持フレーム5a及び第2のローラ支持フレーム5bからなるユニットの、溶接線方向に対する前後左右の傾動が許容される。   A ball joint 85 is attached between the upper end surface of the stay 75 and the back surface of the ceiling plate 101, and the unit composed of the first roller support frame 5a and the second roller support frame 5b is connected to the X axis. It is configured to be tiltable to the left and right with respect to the direction and the Y-axis direction. That is, the ball joint 85 allows the front / rear / left / right tilting of the unit composed of the first roller support frame 5a and the second roller support frame 5b with respect to the weld line direction.

さらに、第1のローラ支持フレーム5a及び第2のローラ支持フレーム5bの上端面と、天井プレート101の裏面との間隙には、側面形状が略山型状の板バネ51がそれぞれ固着されている。これにより、各板バネ51には予め荷重がかけられた状態となっている。   Further, a leaf spring 51 having a substantially chevron-shaped side surface is fixed to the gap between the upper end surfaces of the first roller support frame 5 a and the second roller support frame 5 b and the back surface of the ceiling plate 101. . Thus, a load is applied to each leaf spring 51 in advance.

その結果、板バネ51の反発力によって該板バネ51の弓状部分が、第1のローラ支持フレーム5a及び第2のローラ支持フレーム5bの上端面を下方に付勢する。すなわち、一方の倣いローラ4及び他方の倣いローラ4を溶接母材W1、W2の板面に向けて所定の荷重で付勢するよう構成されている。   As a result, the repulsive force of the leaf spring 51 causes the arcuate portion of the leaf spring 51 to urge the upper end surfaces of the first roller support frame 5a and the second roller support frame 5b downward. That is, the one copying roller 4 and the other copying roller 4 are configured to be urged with a predetermined load toward the plate surfaces of the welding base materials W1 and W2.

さらに、天井プレート101における垂直に折り曲げられた部分の裏面と、第1のローラ支持フレーム5a及び第2のローラ支持フレーム5bの上部外側側面との間隙には、ガイドブッシュ52がそれぞれ取付けられている。各ガイドブッシュ52は、第1のローラ支持フレーム5a及び第2のローラ支持フレーム5bからなるユニットのZ軸周りの動きを規制するよう作用する。また、X軸周りの回転に対し、該ユニットが初期位置に戻ろうとする反力として作用する。   Further, guide bushes 52 are respectively attached to the gaps between the back surface of the vertically bent portion of the ceiling plate 101 and the upper outer side surfaces of the first roller support frame 5a and the second roller support frame 5b. . Each guide bush 52 acts to restrict the movement of the unit composed of the first roller support frame 5a and the second roller support frame 5b around the Z axis. In addition, the unit acts as a reaction force to return to the initial position with respect to the rotation around the X axis.

第1のローラ支持フレーム5aにおける内側側面のステー75と干渉しない部位には、レーザ集光ヘッド1、水平位置調整機構80及び高さ調整機構81からなるユニットが、角度調整機構90が設けられたベース板82を介して回動可能に支持されている。アーク溶接トーチ2もレーザ集光ヘッド1と同様に、角度調整機構90が設けられたベース板82を介して回動可能に支持されている。(なお、図2(b)は、角度調整機構90を省略している。)。   In the portion of the first roller support frame 5a that does not interfere with the stay 75 on the inner side surface, a unit comprising the laser focusing head 1, the horizontal position adjusting mechanism 80, and the height adjusting mechanism 81 is provided with an angle adjusting mechanism 90. The base plate 82 is rotatably supported. Similarly to the laser condensing head 1, the arc welding torch 2 is also rotatably supported via a base plate 82 provided with an angle adjusting mechanism 90. (In FIG. 2B, the angle adjustment mechanism 90 is omitted.)

本実施の形態の複合溶接ヘッドTは、上述のように構成されているので、例えば、複合溶接ヘッドTの溶接進行方向に対して、溶接母材W1、W2の板面が溶接進行方向に向かって漸次傾きが増大する場合、第1のローラ支持フレーム5a及び第2のローラ支持フレーム5bからなるユニットは、ボールジョイント85の作用により、Y軸方向に対して右方向に傾き、溶接母材Wに対するレーザ集光ヘッド1及びアーク溶接トーチ2の傾きを補正する。   Since the composite welding head T of the present embodiment is configured as described above, for example, the plate surfaces of the welding base materials W1 and W2 face the welding progress direction with respect to the welding progress direction of the composite welding head T. When the inclination gradually increases, the unit composed of the first roller support frame 5a and the second roller support frame 5b is inclined rightward with respect to the Y-axis direction by the action of the ball joint 85, and the welding base material W The inclination of the laser condensing head 1 and the arc welding torch 2 with respect to is corrected.

さらに、第1のローラ支持フレーム5a及び第2のローラ支持フレーム5bからなるユニットがY軸方向に対して右方向に傾くことにより、第1のローラ支持フレーム5a及び第2のローラ支持フレーム5bの溶接進行方向側の上端部と、天井プレート101の裏面との間隙が小さくなり、板バネ51の対応する弓状部分が弾性変形する。   Further, the unit composed of the first roller support frame 5a and the second roller support frame 5b tilts to the right with respect to the Y-axis direction, so that the first roller support frame 5a and the second roller support frame 5b The gap between the upper end of the welding progress direction side and the back surface of the ceiling plate 101 is reduced, and the corresponding arcuate portion of the leaf spring 51 is elastically deformed.

該板バネ51が弾性変形することで、溶接進行方向に対する溶接母材Wの傾きの変化に倣いつつ4個の倣いローラ4が溶接母材W1、W2上を転動するので、溶接母材Wに対するレーザ集光ヘッド1及びアーク溶接トーチ2の高さも補正することができる。   Since the plate spring 51 is elastically deformed, the four copying rollers 4 roll on the welding base materials W1 and W2 while following the change in the inclination of the welding base material W with respect to the welding progress direction. The height of the laser condensing head 1 and the arc welding torch 2 with respect to can also be corrected.

また、図2(b)において、例えば、溶接母材W1よりも溶接母材W2の板厚が厚く、これらを溶接すると仮定した場合、第1のローラ支持フレーム5a及び第2のローラ支持フレーム5bからなるユニットは、X軸方向に対して左方向に傾き、溶接母材Wに対するレーザ集光ヘッド1及びアーク溶接トーチ2の傾きを補正する。   Further, in FIG. 2B, for example, when it is assumed that the weld base material W2 is thicker than the weld base material W1 and these are welded, the first roller support frame 5a and the second roller support frame 5b. The unit consisting of is inclined leftward with respect to the X-axis direction, and corrects the inclination of the laser focusing head 1 and the arc welding torch 2 with respect to the welding base material W.

さらに、第1のローラ支持フレーム5a及び第2のローラ支持フレーム5bからなるユニットがX軸方向に対して左方向に傾くことにより、第2のローラ支持フレーム5bの上端面と、天井プレート101の裏面との間隙が小さくなり、対応する板バネ51全体が弾性変形する。一方、第1のローラ支持フレーム5aの上端面と天井プレート101の裏面との間隙が大きくなり、対応する板バネ51の反発力で溶接母材W1の板面上を転動する倣いローラ4を付勢する。   Further, the unit composed of the first roller support frame 5a and the second roller support frame 5b is tilted leftward with respect to the X-axis direction, so that the upper end surface of the second roller support frame 5b and the ceiling plate 101 are The gap with the back surface is reduced, and the corresponding leaf spring 51 as a whole is elastically deformed. On the other hand, the gap between the upper end surface of the first roller support frame 5a and the back surface of the ceiling plate 101 is increased, and the copying roller 4 that rolls on the plate surface of the welding base material W1 by the repulsive force of the corresponding plate spring 51 is provided. Energize.

これにより、板厚の異なる溶接母材同士の溶接であっても、溶接母材W1上を倣う倣いローラ4と、溶接母材W2上を倣う倣いローラ4とがそれぞれの溶接母材W1、W2の板面に対して付勢しながら十分に倣った状態で転動する。その結果、溶接母材Wに対するレーザ集光ヘッド1及びアーク溶接トーチ2の高さを補正することができる。   Thus, even when welding base materials having different plate thicknesses are used, the copying roller 4 that follows the welding base material W1 and the copying roller 4 that follows the welding base material W2 are respectively welded base materials W1 and W2. It rolls in a fully imitating state while urging the plate surface. As a result, the heights of the laser focusing head 1 and the arc welding torch 2 with respect to the welding base material W can be corrected.

このように、本実施の形態の複合溶接ヘッドTは、第1実施形態の複合溶接ヘッドTと同様に、3つのパラメータである、距離D、距離D及び距離DLAを一定に保つことができる。 Thus, the composite welding head T of the present embodiment keeps the three parameters, the distance D L , the distance D A, and the distance D LA, as in the composite welding head T of the first embodiment. Can do.

また、溶接母材W1上を倣う一方の倣いローラ4と、溶接母材W2上を倣う他方の倣いローラ4が独立して溶接母材W1、W2に対して付勢しながら十分に倣った状態で転動するので、板厚の異なる溶接母材同士の溶接であっても、常にレーザ集光ヘッド1及びアーク溶接トーチ2の狙い位置を溶接線に一致させることができる。   In addition, a state in which one copying roller 4 copying on the welding base material W1 and the other copying roller 4 copying on the welding base material W2 are sufficiently copied while urging the welding base materials W1 and W2 independently. Therefore, the target positions of the laser condensing head 1 and the arc welding torch 2 can always coincide with the weld line even when welding base materials having different plate thicknesses are welded.

さらに、板バネ51で、倣いローラ4の溶接母材Wへの付勢と、溶接母材Wに対するレーザ集光ヘッド1及びアーク溶接トーチ2の高さの補正を兼用しているので、第1実施形態の複合溶接ヘッドTに比べて構造を簡単にすることができる。   Further, the leaf spring 51 is used for both biasing the copying roller 4 to the welding base material W and correcting the heights of the laser focusing head 1 and the arc welding torch 2 with respect to the welding base material W. Compared to the composite welding head T of the embodiment, the structure can be simplified.

なお、本実施の形態の複合溶接ヘッドTにおいて、図5に示すように、天井プレート101の上面に複合溶接ヘッドTの鉛直方向(矢印方向)の動きを許容する機構を設けてもよい。   In the composite welding head T of the present embodiment, as shown in FIG. 5, a mechanism for allowing the composite welding head T to move in the vertical direction (arrow direction) may be provided on the upper surface of the ceiling plate 101.

図5において、天井プレート101の上面に固着されたL字状の支持部材104と、ロボットアーム200の先端部に接続される逆L字状の可動支持部材105との間には、複合溶接ヘッドTの鉛直方向(矢印方向)の動きを許容する一対のリニアレール901a、並びに、リニアレール901a上を走行するリニアガイド901bからなる精密直線ガイド901が設けられている。さらに、支持部材104と可動支持部材105との各水平部材間には、スプリング801が固着されている。   In FIG. 5, there is a composite welding head between an L-shaped support member 104 fixed to the upper surface of the ceiling plate 101 and an inverted L-shaped movable support member 105 connected to the tip of the robot arm 200. A precision linear guide 901 is provided that includes a pair of linear rails 901a that allow T to move in the vertical direction (arrow direction), and a linear guide 901b that travels on the linear rail 901a. Further, a spring 801 is fixed between the horizontal members of the support member 104 and the movable support member 105.

一対のリニアレール901aは、可動支持部材105の一の側面に所定の間隔をもって、鉛直方向(矢印方向)に延びて平行に配置されている。一方、リニアガイド901bは、可動支持部材105の一の側面と対向する支持部材104の一の側面にそれぞれ取り付け固定され、各リニアガイド901bがリニアレール901a上に移動可能に支持されている。   The pair of linear rails 901a are arranged in parallel so as to extend in the vertical direction (arrow direction) at a predetermined interval on one side surface of the movable support member 105. On the other hand, the linear guide 901b is attached and fixed to one side surface of the support member 104 facing one side surface of the movable support member 105, and each linear guide 901b is movably supported on the linear rail 901a.

これにより、溶接母材W1上を倣う倣いローラ4と、溶接母材W2上を倣う倣いローラ4とがそれぞれの溶接母材W1、W2の板面に対して付勢しながら十分に倣った状態で転動させることができ、溶接母材Wに対するレーザ集光ヘッド1及びアーク溶接トーチ2の高さを補正する機能をさらに高めることができる。   As a result, the copying roller 4 that follows the welding base material W1 and the copying roller 4 that follows the welding base material W2 are sufficiently copied while energizing the plate surfaces of the respective welding base materials W1 and W2. The function of correcting the heights of the laser focusing head 1 and the arc welding torch 2 with respect to the welding base material W can be further enhanced.

なお、本実施の形態の複合溶接ヘッドTでは、ステー75の上端面と天井プレート101の裏面との間にボールジョイント85を取り付けた例を説明した。このボールジョイント85に代えて、例えば、ジンバルを取り付け、第1のローラ支持フレーム5a及び第2のローラ支持フレーム5bからなるユニットの、溶接線方向に対する前後左右の傾動を許容する構成としてもよい。ジンバルを取り付けることにより、天井プレート101の形状を単純な平板状に形成することができる。   In the composite welding head T of the present embodiment, the example in which the ball joint 85 is attached between the upper end surface of the stay 75 and the back surface of the ceiling plate 101 has been described. Instead of the ball joint 85, for example, a gimbal may be attached to allow the unit composed of the first roller support frame 5a and the second roller support frame 5b to be allowed to tilt forward, backward, left and right with respect to the weld line direction. By attaching the gimbal, the shape of the ceiling plate 101 can be formed into a simple flat plate shape.

実施の形態3
図3は、本発明に係る複合溶接ヘッドの第3実施形態を示した構成図である。図3に示すように、本実施の形態の複合溶接装置Tは、第1実施形態の複合溶接ヘッドTの構成に加えて、天井プレート102及び側面プレート103と、倣いローラ4及び第2のローラ支持フレーム5bと、第2の可動フレーム700と、スプリング800と、第2の精密直線ガイド900とを具備している。なお、図3において、第1実施形態と同一の要素には、上記第1実施形態と同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
Embodiment 3
FIG. 3 is a configuration diagram showing a third embodiment of the composite welding head according to the present invention. As shown in FIG. 3, the composite welding apparatus T of the present embodiment includes a ceiling plate 102 and a side plate 103, a copying roller 4, and a second roller in addition to the configuration of the composite welding head T of the first embodiment. A support frame 5b, a second movable frame 700, a spring 800, and a second precision linear guide 900 are provided. In FIG. 3, the same elements as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and detailed description thereof is omitted.

天井プレート102は、ローラ支持フレーム5の上端側面に水平に固着されている。側面プレート103は、天井プレート102に対して鉛直方向となるよう該天井プレート102の他端側近傍に固着されている。   The ceiling plate 102 is horizontally fixed to the upper end side surface of the roller support frame 5. The side plate 103 is fixed to the vicinity of the other end side of the ceiling plate 102 so as to be perpendicular to the ceiling plate 102.

倣いローラ4は、溶接線方向に略平行となるよう直列に2個配置され、溶接母材W2の板面上で溶接線方向に沿うように転動するよう、第2のローラ支持フレーム5bに回転軸40を介して回動自在に取付けられている。   Two copying rollers 4 are arranged in series so as to be substantially parallel to the welding line direction, and are arranged on the second roller support frame 5b so as to roll along the welding line direction on the plate surface of the welding base material W2. It is rotatably attached via a rotating shaft 40.

第2のローラ支持フレーム5bには、回転軸600が水平方向に貫通して取付けられている。一方、断面T字状の第2の可動フレーム700の側面には、ベアリング(図示せず)が圧入嵌合されており、第2のローラ支持フレーム5bの回転軸600を軸支している。これにより、第2の可動フレーム700は、第2のローラ支持フレーム5bを溶接線方向に沿って揺動可能に支持される。   A rotation shaft 600 is attached to the second roller support frame 5b so as to penetrate in the horizontal direction. On the other hand, a bearing (not shown) is press-fitted to the side surface of the second movable frame 700 having a T-shaped cross section, and supports the rotation shaft 600 of the second roller support frame 5b. Thus, the second movable frame 700 is supported so that the second roller support frame 5b can swing along the weld line direction.

スプリング800は、第2の可動フレーム700の上端部と天井プレート102の上端部裏面側との間に固着され、第2のローラ支持フレーム5bをスプリング800の反発力で下方に付勢している。すなわち、倣いローラ4を溶接母材W2の板面に向けて所定の荷重で付勢している。   The spring 800 is fixed between the upper end portion of the second movable frame 700 and the back surface side of the upper end portion of the ceiling plate 102, and urges the second roller support frame 5b downward by the repulsive force of the spring 800. . That is, the copying roller 4 is biased with a predetermined load toward the plate surface of the welding base material W2.

第2の可動フレーム700と側面プレート103との間には、第2のローラ支持フレーム5b及び第2の可動フレーム700からなるユニットを鉛直方向(矢印方向)へ移動可能に案内支持する一対のリニアレール900aと、これらのリニアレール900a上を走行するリニアガイド900bからなる精密直線ガイド900が設けられている。   Between the second movable frame 700 and the side plate 103, a pair of linears for guiding and supporting the unit composed of the second roller support frame 5b and the second movable frame 700 so as to be movable in the vertical direction (arrow direction). A precision linear guide 900 including a rail 900a and a linear guide 900b that travels on the linear rail 900a is provided.

一対のリニアレール900aは、側面プレート103の一の側面に所定の間隔をもって、鉛直方向(矢印方向)に延びて平行に配置されている。一方、リニアガイド900bは、側面プレート103の一の側面と対向する第2の可動フレーム700の側面にそれぞれ取り付け固定され、各リニアガイド900bがリニアレール900a上に移動可能に支持されている。   The pair of linear rails 900a are arranged in parallel so as to extend in the vertical direction (arrow direction) at a predetermined interval on one side surface of the side plate 103. On the other hand, the linear guide 900b is attached and fixed to the side surface of the second movable frame 700 facing one side surface of the side plate 103, and each linear guide 900b is movably supported on the linear rail 900a.

これにより、第2の可動フレーム700に支持されている第2のローラ支持フレーム5bは、鉛直方向(矢印方向)への移動が可能となる。なお、第2のローラ支持フレーム5bに支持されている倣いローラ4の溶接母材への倣い動作は、第1実施形態で説明した動作説明と同様であるので説明を省略する。   As a result, the second roller support frame 5b supported by the second movable frame 700 can move in the vertical direction (arrow direction). The copying operation of the copying roller 4 supported by the second roller support frame 5b on the welding base material is the same as the operation description described in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

このように、本実施の形態の複合溶接ヘッドTは、ローラ支持フレーム5に支持されている一方の倣いローラ4が、溶接線方向に対して溶接母材W1の変形や歪み、傾き、板厚の変化が生じても、板面の変化に倣わせながら追従する。また、第2のローラ支持フレーム5bに支持されている他方の倣いローラ4が、溶接線方向に対して溶接母材W2の変形や歪み、傾き、板厚の変化が生じても、板面の変化に倣わせながら追従する。   Thus, in the composite welding head T of the present embodiment, one of the copying rollers 4 supported by the roller support frame 5 is deformed, distorted, inclined, and plate thickness of the welding base material W1 with respect to the welding line direction. Even if this change occurs, it follows the change in the plate surface. In addition, even if the other copying roller 4 supported by the second roller support frame 5b is deformed, distorted, inclined, or changed in thickness of the welding base material W2 with respect to the welding line direction, Follow while changing.

すなわち、一方の倣いローラ4と他方の倣いローラ4が独立して溶接母材W1、W2の板面の変化に倣わせながら追従する構成としてある。この構成については、第2実施形態の複合溶接ヘッドTと同様であるが、本実施の形態の複合溶接ヘッドTは、ローラ支持フレーム5及び第2のローラ支持フレーム5bのそれぞれが、溶接母材W1、W2に対するレーザ集光ヘッド1及びアーク溶接トーチ2の傾きの補正と高さの補正を行うので、本実施の形態の複合溶接ヘッドTの方が機能的に優れている。   That is, one of the copying rollers 4 and the other of the copying rollers 4 is configured to follow independently while following the changes in the plate surfaces of the welding base materials W1 and W2. This configuration is the same as that of the composite welding head T of the second embodiment. However, in the composite welding head T of the present embodiment, each of the roller support frame 5 and the second roller support frame 5b has a weld base material. Since the tilt correction and height correction of the laser focusing head 1 and the arc welding torch 2 with respect to W1 and W2 are performed, the composite welding head T of the present embodiment is functionally superior.

これにより、第1実施形態及び第2実施形態の複合溶接ヘッドTと同様に、3つのパラメータである、距離D、距離D及び距離DLAを一定に保つことができる。また、目違いの発生及び板厚の変化等があっても、常にレーザ集光ヘッド1及びアーク溶接トーチ2の狙い位置を溶接線に一致させることができる。 Thereby, like the composite welding head T of the first embodiment and the second embodiment, the three parameters, the distance D L , the distance D A, and the distance D LA can be kept constant. Further, even if there is a misunderstanding or a change in the plate thickness, the target positions of the laser focusing head 1 and the arc welding torch 2 can always be matched with the weld line.

なお、上記第1実施形態及び第2実施形態での動作説明では、溶接母材Wの板面が溶接進行方向に向かって漸次傾きが増大した場合と、溶接母材Wの板面が溶接進行方向に向かって漸次傾きが減少した場合について、溶接母材Wに対するレーザ集光ヘッド1及びアーク溶接トーチ2の傾き及び高さを補正する例を説明したが、溶接母材Wの変形や歪み、板厚が変化した場合も同様に、溶接母材Wに対するレーザ集光ヘッド1及びアーク溶接トーチ2の傾き及び高さを補正することができる。   In the explanation of the operations in the first and second embodiments, the case where the plate surface of the welding base material W gradually increases in the welding progress direction and the case where the plate surface of the welding base material W progresses in welding. In the case where the inclination gradually decreases toward the direction, the example in which the inclination and height of the laser focusing head 1 and the arc welding torch 2 with respect to the welding base material W are corrected has been described. Similarly, when the plate thickness changes, the inclination and height of the laser focusing head 1 and the arc welding torch 2 with respect to the welding base material W can be corrected.

また、上記第1実施形態〜第3実施形態では、倣いローラ4は、溶接線方向に略平行となるよう直列に2個配置した構成としているが、必ずしも溶接線方向に平行となるよう直列に配置することはなく、溶接線からある程度の距離だけ離れていれば、溶接線方向の前方の倣いローラ4と、後方の倣いローラ4とをオフセットさせて配置してもよい。   Moreover, in the said 1st Embodiment-3rd Embodiment, although the copying roller 4 is set as the structure arrange | positioned in series so that it may become substantially parallel to a welding line direction, it is not necessarily connected in series so that it may become parallel to a welding line direction. It is not arranged, and the scanning roller 4 in the front of the welding line and the scanning roller 4 in the rear may be offset and arranged as long as they are separated from the welding line by a certain distance.

さらに、上記第1実施形態〜第3実施形態では、円盤状の倣いローラ4を用いて溶接母材W上を倣わせる例を説明したが、本実施の形態に限定するものではなく、そろばん玉状やベアリング状であってもよい。また、倣いローラ4の形状をボール状とすることで、例えば、曲線の溶接やウイービング溶接にも対応することができる。   Further, in the first to third embodiments, the example in which the disk-shaped copying roller 4 is used to copy the surface of the welding base material W has been described. However, the present invention is not limited to this embodiment, and an abacus. It may be a ball shape or a bearing shape. Further, by making the shape of the copying roller 4 into a ball shape, for example, it is possible to cope with curved welding or weaving welding.

3.アーク溶接トーチの損傷及び溶接欠陥を防止する構成
図4は、本発明に係る複合溶接ヘッドにおける、アーク溶接トーチの損傷及びアーク溶接の溶接不良を防止する構成を示した側面図である。
3. Configuration for Preventing Arc Welding Torch Damage and Welding Defect FIG. 4 is a side view showing a configuration for preventing damage to arc welding torch and arc welding failure in the composite welding head according to the present invention.

図4において、レーザ集光ヘッド1から照射されたレーザ光10が溶接母材Wの表面で反射した場合、その反射光がアーク溶接トーチ2のシールドガスノズル3に照射されることにより、シールドガスノズル3が早期に焼損する恐れがある。これを防止するため、本実施の形態では、アーク溶接トーチ2のシールドガスノズル3のハウジングが電極を中心に回転駆動するよう構成した。   In FIG. 4, when the laser beam 10 irradiated from the laser focusing head 1 is reflected on the surface of the welding base material W, the reflected light is applied to the shield gas nozzle 3 of the arc welding torch 2, thereby causing the shield gas nozzle 3. May burn out early. In order to prevent this, in this embodiment, the housing of the shield gas nozzle 3 of the arc welding torch 2 is configured to be rotationally driven around the electrode.

アーク溶接トーチ2のシールドガスノズル3は、固定側ハウジングに配設されたベアリング(共に図示せず)により支持されている。また、シールドガスノズル3の中央外周部にはギア56が固着されており、該ギア56と、アーク溶接トーチ2の外部に配設された、モータ50の先端部に取付けられているピニオンギア55とが噛合されている。これにより、モータ50が駆動すると、シールドガスノズル3のハウジングが電極を中心に回転する。   The shield gas nozzle 3 of the arc welding torch 2 is supported by a bearing (both not shown) disposed in the stationary housing. Further, a gear 56 is fixed to the central outer peripheral portion of the shield gas nozzle 3, and the gear 56 and a pinion gear 55 disposed outside the arc welding torch 2 and attached to the front end portion of the motor 50. Are engaged. Thereby, when the motor 50 is driven, the housing of the shield gas nozzle 3 rotates around the electrode.

このように、アーク溶接トーチ2のシールドガスノズル3のハウジングを、電極を中心に回転駆動するよう構成したので、仮に、レーザ光10の反射光がシールドガスノズル3を照射しても、所定部位のみ集中して照射されることを防止できるので、シールドガスノズル3が早期に焼損するリスクを回避することができる。   Thus, since the housing of the shield gas nozzle 3 of the arc welding torch 2 is configured to rotate around the electrode, even if the reflected light of the laser beam 10 irradiates the shield gas nozzle 3, only a predetermined part is concentrated. Therefore, the risk that the shield gas nozzle 3 burns out early can be avoided.

なお、シールドガスノズル3のハウジングを回転させるために本実施の形態では、歯車機構を用いて回転力を伝達する構成としているが、これに限らず、ベルトドライブにより回転力を伝達することも可能である。   In this embodiment, the rotational force is transmitted using a gear mechanism in order to rotate the housing of the shield gas nozzle 3. However, the present invention is not limited to this, and the rotational force can also be transmitted by a belt drive. is there.

次に、アーク溶接の溶接不良を防止する構成を説明する。レーザ集光ヘッド1には、通常、スパッタ等から集光レンズ光学系を保護するためのクロスジェット用の空気が、該レーザ集光ヘッド1の先端部の一方向からレーザ光10の光軸に対して略直角方向に噴出している。   Next, the structure which prevents the welding defect of arc welding is demonstrated. In the laser condensing head 1, normally, air for cross jet for protecting the condensing lens optical system from sputtering or the like is applied from one direction of the tip of the laser condensing head 1 to the optical axis of the laser light 10. It erupts in a substantially right angle direction.

このクロスジェット用の空気の噴流300は、アーク溶接トーチ2のシールドガスノズル3から流出するシールドガス20の噴流を乱してアーク溶接の溶接性を悪化させる恐れがあるため、クロスジェット用の空気の噴流300を上方に案内する案内板12をレーザ集光ヘッド1の先端部に設けた。   Since the cross jet air jet 300 may disturb the jet of the shield gas 20 flowing out from the shield gas nozzle 3 of the arc welding torch 2 to deteriorate the weldability of the arc welding, A guide plate 12 that guides the jet 300 upward is provided at the tip of the laser focusing head 1.

この案内板12を設けることにより、クロスジェット用の空気の噴流300が上方に案内されるので、レーザ集光ヘッド1及びアーク溶接トーチ2の先端部近傍領域に負圧部が生じず、シールドガスノズル3から流出するシールドガス20が乱されなくなる。その結果、シールドガス20に空気が混入することを防止でき、アーク溶接の溶接欠陥のリスクを回避できる。   By providing the guide plate 12, the air jet 300 for the cross jet is guided upward, so that a negative pressure portion does not occur in the vicinity of the tip portions of the laser focusing head 1 and the arc welding torch 2, and the shield gas nozzle Shield gas 20 flowing out from 3 is not disturbed. As a result, air can be prevented from being mixed into the shield gas 20, and the risk of welding defects in arc welding can be avoided.

なお、クロスジェット用の空気の噴流300を上方に案内できるものであれば、本実施の形態の案内板12に限らず、クロスジェット用の空気の噴流300を上方に排出するダクトをレーザ集光ヘッド1の側方に設けてもよい。   If the cross jet air jet 300 can be guided upward, the duct for discharging the cross jet air jet 300 upward is not limited to the guide plate 12 of the present embodiment. You may provide in the side of the head 1. FIG.

なお、今回、開示した実施の形態では、溶接線方向の前方にレーザ集光ヘッド1を配置し、後方にアーク溶接トーチ2を配置したレーザ先行型の溶接法で説明したが、これに限らず、溶接線方向の前方にアーク溶接トーチ2を配置し、後方にレーザ集光ヘッド1を配置したアーク先行型の溶接法にも適用できる。また、今回開示した実施の形態では、溶接線上にレーザ集光ヘッド1及びアーク溶接トーチ2がほぼ直列となるよう配置した例を説明したが、この「ほぼ直列」とは、レーザとアークの両熱源の複合効果が得られる範囲内で、レーザとアーク溶接トーチ2の狙い位置の両方またはどちらか一方をオフセットさせて配置することも含まれる。   In the embodiment disclosed herein, the laser condensing head 1 is disposed in front of the welding line direction and the arc welding torch 2 is disposed rearward. However, the present invention is not limited to this. The arc welding torch 2 is disposed in front of the welding line direction and the laser condensing head 1 is disposed in the rear. Further, in the embodiment disclosed this time, an example in which the laser focusing head 1 and the arc welding torch 2 are arranged in series on the welding line has been described. However, this “substantially in series” means both laser and arc. Within the range in which the combined effect of the heat source can be obtained, it is also included that the laser and the target position of the arc welding torch 2 are offset from each other.

さらに、今回、開示した実施の形態では、複合溶接ヘッドTを多関節ロボットのロボットアーム200の先端に装着した例を説明したが、これに限らず、複合溶接接ヘッドTを例えば、門型走行台車に装着し、門型自走式溶接装置として構成してもよい。また、例えば、複合溶接ヘッドTを移動台車、回転治具及びX−Yテーブル等に装着することも可能である。   Furthermore, in the disclosed embodiment, the example in which the composite welding head T is attached to the tip of the robot arm 200 of the articulated robot has been described. However, the present invention is not limited to this. You may mount | wear with a trolley | bogie and may comprise as a portal type self-propelled welding apparatus. Further, for example, the composite welding head T can be mounted on a moving carriage, a rotating jig, an XY table, and the like.

今回、開示した実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は、上記で説明した範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲での全ての変更が含まれることが意図される。   The embodiments disclosed herein are illustrative and not limiting. The present invention is defined by the terms of the claims, rather than the scope described above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明のレーザ・アーク複合溶接ヘッドは、船舶、海洋構造物、貯蔵槽及び中高層ビル等の大型構造物に使用される溶接用鋼材のほか、圧力容器等の溶接に有用である。   The laser / arc composite welding head of the present invention is useful for welding of pressure vessels and the like as well as welding steel materials used for large structures such as ships, offshore structures, storage tanks, and high-rise buildings.

1 レーザ集光ヘッド
2 アーク溶接トーチ
3 シールドガスノズル
4 倣いローラ
5 ローラ支持フレーム
6 回転軸
7 可動フレーム
8 スプリング
9 精密直線ガイド
T レーザ・アーク複合溶接ヘッド
W 溶接母材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser condensing head 2 Arc welding torch 3 Shield gas nozzle 4 Copy roller 5 Roller support frame 6 Rotating shaft 7 Movable frame 8 Spring 9 Precision linear guide T Laser / arc combined welding head W Welding base material

Claims (7)

レーザ光を集光して溶接母材に照射する集光レンズ光学系を有するレーザ集光ヘッドと、アーク溶接トーチとを並設し、レーザ溶接とアーク溶接とを併用して溶接するレーザ・アーク複合溶接ヘッドであって、
溶接線と所定の間隔をもって配置され、前記溶接母材の板面上で溶接線方向に沿うように転動する少なくとも2つの倣い手段と、
前記倣い手段を回動自在に支持する倣い支持手段と、
前記倣い支持手段を前記溶接線方向に沿って揺動可能に支持する支持手段と、
前記倣い支持手段を前記溶接母材の板面方向に所定の荷重で付勢する付勢手段とを含み、
前記レーザ集光ヘッド及びアーク溶接トーチは、溶接線上に配置されるよう前記倣い支持手段にそれぞれ取付けられている、ことを特徴とするレーザ・アーク複合溶接ヘッド。
A laser arc that has a condensing lens optical system that condenses laser light and irradiates the base metal with an arc welding torch, and is welded using both laser welding and arc welding. A composite welding head,
At least two copying means arranged at a predetermined interval from the weld line and rolling along the weld line direction on the plate surface of the weld base material;
Copying support means for rotatably supporting the copying means;
Support means for supporting the copying support means so as to be swingable along the weld line direction;
Urging means for urging the copying support means with a predetermined load in the plate surface direction of the weld base material,
The laser / arc combined welding head, wherein the laser focusing head and the arc welding torch are respectively attached to the scanning support means so as to be arranged on a welding line.
前記支持手段を鉛直方向に案内支持する直動手段をさらに備える、ことを特徴とする請求項1に記載のレーザ・アーク複合溶接ヘッド。   2. The laser-arc combined welding head according to claim 1, further comprising linear motion means for guiding and supporting the support means in the vertical direction. 前記溶接線を挟んで前記倣い手段と対向に配置された第2の倣い手段及び該第2の倣い手段を回動自在に支持する第2の倣い支持手段をさらに備え、
前記第2の倣い支持手段を前記溶接線方向に沿って揺動可能に支持する第2の支持手段と、
前記第2の支持手段を鉛直方向に案内支持する第2の直動手段と、
前記第2の倣い支持手段を前記溶接母材の板面方向に所定の荷重で付勢する第2の付勢手段とを含み、
前記倣い支持手段と前記第2の支持手段を連結部材により連結した、ことを特徴とする請求項2に記載のレーザ・アーク複合溶接ヘッド。
A second copying means disposed opposite to the copying means across the weld line, and a second copying support means for rotatably supporting the second copying means;
Second support means for supporting the second copying support means so as to be swingable along the weld line direction;
Second linear motion means for guiding and supporting the second support means in the vertical direction;
Second urging means for urging the second copying support means with a predetermined load in the plate surface direction of the weld base material,
3. The laser / arc combined welding head according to claim 2, wherein the copying support means and the second support means are connected by a connecting member.
レーザ光を集光して溶接母材に照射する集光レンズ光学系を有するレーザ集光ヘッドと、アーク溶接トーチとを並設し、レーザ溶接とアーク溶接とを併用して溶接するレーザ・アーク複合溶接ヘッドであって、
溶接線と所定の間隔をもって配置され、前記溶接母材の板面上で溶接線方向に沿うように転動する少なくとも2つの倣い手段と、
前記倣い手段を回動自在に支持する第1の倣い支持手段と、
前記溶接線を挟んで前記倣い手段と対向に配置された第2の倣い手段及び該第2の倣い手段を回動自在に支持する第2の倣い支持手段をさらに備え、
前記第1の倣い支持手段と第2の倣い支持手段は、その上端部を連結部材により連結されており、
前記第1の倣い支持手段及び第2の倣い支持手段を前記溶接母材の板面方向に所定の荷重で付勢する付勢手段と、
該第1の倣い支持手段及び第2の倣い支持手段の上端面と、前記付勢手段を介して配置された天板と、
さらに、前記第1の倣い支持手段と第2の倣い支持手段における、溶接線方向に対する前後左右の傾動を許容する可動部材を前記連結部材と天板の間に配置し、
前記レーザ集光ヘッド及びアーク溶接トーチは、溶接線上に配置されるよう前記第1の倣い支持手段又は第2の倣い支持手段のいずれか一方にそれぞれ取付けられている、ことを特徴とするレーザ・アーク複合溶接ヘッド。
A laser arc that has a condensing lens optical system that condenses laser light and irradiates the base metal with an arc welding torch, and is welded using both laser welding and arc welding. A composite welding head,
At least two copying means arranged at a predetermined interval from the weld line and rolling along the weld line direction on the plate surface of the weld base material;
First copying support means for rotatably supporting the copying means;
A second copying means disposed opposite to the copying means across the weld line, and a second copying support means for rotatably supporting the second copying means;
The first copying support means and the second copying support means are connected at their upper ends by a connecting member,
Urging means for urging the first profiling support means and the second profiling support means with a predetermined load in the plate surface direction of the weld base material;
Upper end surfaces of the first copying support means and the second copying support means, a top plate disposed via the biasing means,
Furthermore, a movable member that allows tilting in the front-rear and left-right directions with respect to the weld line direction in the first scanning support unit and the second scanning support unit is disposed between the coupling member and the top plate,
The laser focusing head and the arc welding torch are respectively attached to either the first scanning support means or the second scanning support means so as to be disposed on the weld line. Arc composite welding head.
前記レーザ集光ヘッド及びアーク溶接トーチは、溶接線方向に対する水平位置、溶接母材の板面に対する高さ及び溶接母材の板面に対する角度を調整する位置調整機構が具備されている、ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載のレーザ・アーク複合溶接ヘッド。   The laser condensing head and the arc welding torch are provided with a position adjusting mechanism for adjusting a horizontal position with respect to a welding line direction, a height with respect to a plate surface of the welding base material, and an angle with respect to the plate surface of the welding base material. The laser-arc composite welding head according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it is characterized in that: 前記アーク溶接トーチのシールドガスノズルのハウジングは、電極を中心に回転可能に支持されているとともに、該シールドガスノズルのハウジングを回転させる回転機構を具備する、ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載のレーザ・アーク複合溶接ヘッド。   6. The shield gas nozzle housing of the arc welding torch is supported so as to be rotatable about an electrode, and further includes a rotation mechanism for rotating the shield gas nozzle housing. The laser-arc combined welding head according to any one of the above. 前記レーザ集光ヘッドの先端部には、該レーザ集光ヘッドの先端部の一方向からレーザ光の光軸に対して略直角方向に噴出するクロスジェット用の空気を、アーク溶接トーチのシールドガスノズルから流出するシールドガスと干渉しないように案内する案内手段が設けられている、ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載のレーザ・アーク複合溶接ヘッド。   At the tip of the laser focusing head, cross jet air that is jetted in a direction substantially perpendicular to the optical axis of the laser beam from one direction of the tip of the laser focusing head is used as a shield gas nozzle for an arc welding torch. The laser-arc combined welding head according to any one of claims 1 to 6, further comprising guide means for guiding the shield gas flowing out of the shield gas so as not to interfere with the shield gas.
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