JP2001001979A - 造船生産ラインの自動配材仮組方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 造船における小組パネルに必要な部材のカッ
ティングから本溶接に至る過程の配材仮組の自動化を実
現する。 【解決手段】 造船生産ラインにおける小組パネルの配
材仮組方法である。搬送ライン上にあるベースパネル１
０とこれに配材される部品１２の位置・姿勢情報を画像
認識処理により取り込む。前記部材（ベースパネルと部
品）に付帯させた識別マークにより設計ＣＡＤデータを
取り込み、前記ベースパネル１０に対する部品１２の配
材位置を設定しつつ前記位置・姿勢情報に基づいてハン
ドリング手段２２により前記部品１２をピックアップし
取付姿勢に変更した後にベースパネル１０上に配材し、
仮付け溶接機２６により前記ベースパネル１０と部品１
２の仮付けをなす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は造船生産ラインの自
動配材仮組方法および装置に係り、特に建造工程の中で
小組立におけるベースプレートへの部品プレートの配材
と仮組の工程に適用するための自動配材仮組方法および
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】国内の主要造船会社では、ここ数年来の
三次元ＣＡＤの導入により、詳細な船殻、配管部材を一
品レベルまで、形状だけでなく、重量・重心などの属性
情報を含んだ三次元電子データとして、コンピュータ内
に格納し、この電子設計情報を元に、コンピュータによ
り、板材、骨材のＮＣ情報を自動生成したり、小組パネ
ルなどの組立要領図を出力することが可能となってい
る。また、その溶接工程では、同じく三次元ＣＡＤ情報
を用い、多関節溶接ロボットなどによる製造の自動化
（ＦＡ）が進んできている。

【０００３】図４は上記方法による設計工程とこれに基
づく造船生産工程を示している。全体設計の完了した船
殻(図４ａ)は搭載ブロック毎に分割され（図４ｂ）、各
ブロックは更に大組・中組ブロックに分割される（図４
ｃ）。大組・中組ブロックは更に小組パネルに分割され
（図４ｄ）、この小組パネルを構成する部材一品毎の属
性データが抽出される（図４ｅ）。このようなＣＡＤデ
ータを元にして造船生産工程に入るが、これはまずＣＡ
ＤデータからＮＣカッティングにより型材のネスティン
グ、裁断（図４Ａ）が行われる。このｔｌこのようにし
て得られた部品は小組パネルを構成するベースプレート
に対して仮組され（図４Ｂ），次いで小組パネルの本溶
接施工が行われる（図４Ｃ）．

【０００４】本溶接された小組パネルは、中組ブロック
や大組ブロックに組み立てられる。図５〜図６は船尾部
の大組ブロックと平行部（船底部）の中組ブロックの例
を示している。これらには多くの小組パネルが存在し、
特に船尾部（図５）は船首部と同様にブロックが曲がり
外板で構成され、小組パネル形状は一つ一つ異なってい
る。特に船尾部は機関室があり、複雑な構造となってい
るため、小組パネルの数も多くなっている。小組パネル
の最大のものは平行部にあり、ガーダーやフロアが小組
パネルで最大である。大きさは船の大きさに依存する
が、幅は１．５〜４ｍで長さは設備によるが１０数ｍの
小組パネルも存在する。

【０００５】ところで、部品の切断工程と小組パネルの
本溶接工程間の、配材や仮組（溶接仮付け）についての
自動化は、規則的な形状を除いては殆ど手付かずで人手
に頼っており、この部分の自動化が実現して初めて造船
製造ラインの真のＦＡ化、ひいては造船のＣＩＭの完成
が実現することになる。

【０００６】しかしながら、配材仮組に関するデータを
コンピュータは持っているものの、そのデータは、通
常、文字（部品番号を印字）や図面情報（部品上のマー
キング線や組立要領図）の形でアウトプットされ、それ
を人が読み取り、解釈して人手で組み立てているのが現
状である。部品番号を機械に伝えること自体は簡単であ
り、もともと電子データが存在しているので、オンライ
ンであれば読み取らせる必要性はない。オフラインでも
バーコードなどを用いるなどの手段を利用することがで
きるはずである。また、仮組についても、トランス材に
ロンジ材を差し込むといった程度であれば、それ程難し
いことではなく、既に実施例もある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の方式
の延長で自動化を検討すると、部品の供給方法にかなり
の制約を受けていることが、配材仮組の自動化の障害と
なっている。例えば、ＮＣカッティングされた部材の位
置を当所コンピュータは知っているが、配材のためにパ
レットに入れられた時点でその位置情報は失われてしま
うという問題がある。人間にとっては何の問題にもなら
ないが、自動化装置で仮組するには、部品が作業ステー
ジ上のどの位置にあり、どんな姿勢をしているかを正確
な情報が伝達される必要がある。このため、従来は逆に
部品の種類毎に治具を用い、機械的接触を利用して配置
することにより、部品の位置と姿勢を決めていた。この
ような従来方式では、同形部品を連続して供給しないと
効率が悪く、部品の種類も限定されてしまうので、フレ
キシブルな自動配材仮組ができないという問題がある。

【０００８】本発明は、上記従来の問題点に着目し、特
に小組パネルに必要な部材のカッティングから本溶接に
至る過程の配材仮組の自動化を実現して造船生産ライン
の一括したＦＡ化を図ることができるようにした造船生
産ラインの自動配材仮組方法および装置を提供すること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前述したように、配材仮
組に関する設計ＣＡＤデータをコンピュータは既に持っ
ている。問題は、そのデータと現物の部品との照合と複
数の部品を合わせて組み立てる際の相対位置の確認であ
る。自動組立システムをより進化させ、特に三次元曲が
り部のような異形部品が多数存在する小組工程にも対応
できるようにするためには、ランダムな部品供給に対
し、その照合と相対位置の確認を可能にする必要があ
る。本システムの基本的な考え方は、視覚センサを用い
て部品の位置、姿勢情報を取り込み、視覚フィードバッ
ク制御を行なうことによってフレキシブルな自動配材仮
組機能を実現しようとするものである。

【００１０】センシングの中核は、部品の基点と方向を
三次元上で把握することである。位置、姿勢認識補助情
報を例えば部品にバーコードなどを印字してそれを読み
取らすなど、視覚センサの負担を軽くするための工夫も
種々併用する。もちろん、人手を全く排除するものでも
なく、その選択は費用対効果の観点から判断することと
する。

【００１１】本システムの効果は部品の供給がランダム
でも充分に対応できるフレキシブルなことである。この
ようなことは、以下のように構成することによって上記
目的を達成することができる。

【００１２】すなわち、本発明に係る造船生産ラインの
自動配材仮組方法は、造船生産ラインにおける小組パネ
ルの配材仮組方法であって、搬送ライン上にあるベース
パネルとこれに配材される部品の位置・姿勢情報を画像
認識処理により取り込むとともに、仮組対象部材に付帯
させた識別マークにより設計ＣＡＤデータを取り込み、
前記ベースパネルに対する部品の配材位置を設定しつつ
前記位置・姿勢情報に基づいてハンドリング手段により
前記部品をピックアップし取付姿勢に変更した後にベー
スパネル上に配材し、仮付け溶接機により前記ベースパ
ネルと部品の仮付けをなすように構成したものである。

【００１３】また、本発明に係る造船生産ラインの自動
配材仮組装置は、造船生産ラインにおける小組パネルの
配材仮組装置であって、ベースパネルと部品の搬送ライ
ンに沿って移動可能にした部品のハンドリング手段を設
けるとともに、前記ベースパネル搬送ライン上にて溶接
処理をなす仮付け溶接機を設け、前記ベースパネルと部
品を撮像する視覚センサを有し、この視覚センサにより
取り込まれた画像データに基づいて、前記パネルの位置
・姿勢データを演算するとともに、仮組対象部材に付帯
させた認識マークにより設計ＣＡＤデータを読み込むこ
とにより前記ハンドリング手段による部品ピックアップ
操作とベースプレートへの配材指令を出力し、ベースパ
ネルに対する部品の接合部位にて仮付け溶着をなす仮付
け指令を前記仮付け溶接機に出力する制御演算部とを備
えたことを特徴としている。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る造船生産ラ
インの自動配材仮組方法および装置の具体的実施の形態
を図面を参照して詳細に説明する。図１は実施形態に係
る造船生産ラインの自動配材仮組装置の全体構成を示し
ている。実施形態に係る自動配材仮組装置は、図示のよ
うに、前段に切断加工工程から小組パネルを構成するベ
ースパネル１０とこれに仮付けされる部品１２とが、平
行ラインとして併設されているベースパネル搬送コンベ
ア１４と部品搬送コンベア１６に分別供給されて連続的
に流れるようになっている。このとき、ベースパネル１
０とこれに仮付けされる部品１２とは作業領域に同時的
に到達するようにコンベア１４，１６への供給タイミン
グを調整することが望ましい。

【００１５】仮付け作業領域には、併設されているコン
ベア１４，１６を跨ぐように、門型走行フレーム１８が
設備されており、これはコンベアラインの側方に敷設さ
れた軌条２０によりパネルの搬送方向に走行移動可能と
されている。このような門型走行フレーム１８にはコン
ベアラインを横断する方向に移動できるハンドリングロ
ボット２２が取り付けられ、部品１２をコンベア１６か
らピックアップし、これをベースパネル搬送コンベア１
４の上方に移送可能としている。ハンドリングロボット
２２は部品１２をピックアップするために吸盤もしくは
電磁石などを利用した吸着ハンド２４を有し、またピッ
クアップした部品１２の姿勢を変更できるように前記吸
着ハンド２４を多軸構造とし、若しくは吸着ハンド２４
を取り付けているアーム自体を多関節アーム構造として
いる。これによりハンドリング機構として部品１２のピ
ックアップ機能と姿勢変更機能を持たせることができ
る。

【００１６】また、前記門型走行フレーム１８には仮付
け溶接機２６が装備されている。これは前記ハンドリン
グロボット２２によってベースプレート１０にセットさ
れた部品１２を仮付け溶接するためのものである。この
ため、多関節アーム２８の先端に溶接トーチ３０を備え
て構成され、溶接によってパネル同士の突き合わせ部分
を仮付け溶着できるようにしている。

【００１７】したがって、搬送コンベア１４，１６で運
ばれたベースパネル１０に対して組み付けるべき部品プ
レート１２が選択されると、ハンドリングロボット２２
を操作して部品１２をピックアップし、対応するベース
パネル１０の上方位置まで移送し、部品１２の姿勢をセ
ット状態に変更してベースパネル１０上に配材させるこ
とができる。この配材状態において、前記仮付け溶接機
２６によって両者の突き合わせ位置で溶接を適宜に行な
わせることで仮組することができる。このような処理を
行なわせるために、コンベア１４，１６上のベースパネ
ル１０，部品１２を撮像する視覚センサ３２と、この視
覚センサ３２からの画像データを入力して上述のアクチ
ュエータを作動させるための指令信号を出力する制御演
算手段としてのシステムコントローラ３４とを設けてい
る。

【００１８】システムコントローラ３４の概略構成のブ
ロック図を図２に示す。視覚センサ３２はＣＣＤカメラ
及び画像処理装置により構成されており、ベースパネル
搬送コンベア１４と部品搬送コンベア１６のそれぞれの
上方位置に配置され、コンベア上のベースパネル１０，
部品１２を撮像し、システムコントローラ３４に画像信
号を送出するようにしている。前記視覚センサ３２は２
次元情報であるため、部材厚さやコンベア平坦度（パネ
ルの傾き）が判別できない。そこで、補助測定手段３６
としてレーザ距離計３８を設けている。このレーザ距離
計３８により例えば３点計測をなすことにより、コンベ
ア精度を補償して部材の水平面の検出をなし、対象部材
位置・姿勢情報を正確に捉えるようにしている。また、
補助測定手段３６には識別マーク読取機４０を設けてお
り、予めベースパネル１０，部品１２に付された例えば
バーコードなどの識別マークを認識し、数千、数万のＣ
ＡＤデータベース４２から対象部材のＣＡＤデータを抽
出するための処理時間を短くするように設定している。

【００１９】上記の視覚センサ３２、補助測定手段３６
の検出信号は画像処理部４４に入力され、ハンドリング
ロボット２２や仮付け溶接機２６への操作信号を求める
ための画像処理を主体でなすが、付帯的に表示器への表
示処理をなす。すなわち、視覚センサ３２による画像情
報を検出部材表示器４６に表示させるとともに、識別マ
ーク読取機４０により検出された部材識別信号に基づい
てＣＡＤデータベース４２から抽出した部材の寸法、重
心位置、重量などの属性データをＣＡＤ情報表示器４８
に表示させるようにしている。

【００２０】この画像処理部４４による前記操作信号を
求めるための処理は次のようになる。まず、ベースパネ
ル１０の画像情報から形状・寸法を読み取り、この読取
データをＣＡＤデータと照合してその属性データを抽出
する。ベースパネル１０に識別マークを付しておき、こ
れを読取機４０により読み取らせるようにすれば簡単に
選択抽出ができる。そして、補助計測手段３６による計
測信号と合わせて搬送コンベア１４上の位置・姿勢情報
を取得し、これに搭載される部品１２との溶接ラインを
設定する（溶接ライン設定部５０）。このとき、同時に
選択されたベースパネル１０への搭載部品１２の部品リ
ストをＣＡＤデータから取得し、これを画像表示させ
る。そして、搭載部品搬送コンベア１６上の視覚センサ
３２により対応部品１２の抽出をなす。これは撮像され
ている部品１２を補助計測手段３６による信号を得て修
正し、修正画像とＣＡＤデータに基づく表示画像との照
合によって部品１２の抽出をなせばよい。また、ベース
パネル１０の場合と同様に、部品１２に識別マークを付
しておき、これを読取機４０により読み取ることで簡単
に照合して選択抽出ができる。選択された部品１２の位
置・姿勢情報に基づき、ハンドリングロボット２２に対
して、ベースプレート１０への配材位置までの移動経路
を設定された座標上で演算し、駆動信号を出力させるよ
うにしている（偏差信号演算処理部５２）。

【００２１】なお、上記の例ではベースパネル１０を基
準にしてこれに搭載される部品１２を選択するようにし
ているが、逆に部品１２を基準にしてこれを搭載される
ベースパネル１０を選択するようにしても良い。

【００２２】このようなことから、視覚センサ３２によ
る画像の取込みとＣＡＤデータベース４２から抽出され
た属性データとにより、搬送状態にあるベースパネル１
０、部品１２の現状の位置・姿勢を求め、部品１２をコ
ンベア１６からハンドリングロボット２２を用いて移送
し、ベースパネル１０上に配材させることができる。配
材された部品１２とベースパネル１０との溶接ラインは
３次元座標として出力させることができるので、仮付け
溶接機２６による溶接操作は極めて簡単に行なえる。

【００２３】実際の自動配材仮組処理のフローは次のよ
うになる。ベースパネル１０とこれに搭載される部品１
２とを並列しているそれぞれのベルトコンベア１４，１
６に供給するようにしている（ステップ１００）。これ
らのベルトコンベア１４，１６は、前段の切断加工工程
とオンラインとなるように設置することにより、効率が
高くなる。また、ベースパネル１０とこれに搭載される
部品１２とは配材仮組ラインに同時に到達するように供
給タイミングを設定しておくことにより、作業効率が高
くなる。

【００２４】部品供給用ベルトコンベア１６の上部に設
けた視覚センサ３２で部品１２の認識を行なう（ステッ
プ１０２）。ベルトコンベアも全体のシステム制御に組
み込むことにより、一度認識した部品の場所は判別でき
る。また、上記部品供給用ベルトコンベア１６に隣接し
ているベースパネル供給用ベルトコンベア１４で搬送さ
れているベースパネル１０の認識を行なう（ステップ１
０４）。門型走行フレーム１８にある視覚センサ３２で
認識可能であるが、効率のためにはベースパネル１０の
ベルトコンベア１４の上部に設けた視覚センサで認識す
るようにすればよい。

【００２５】これらの部品認識、ベースパネル認識にお
いて、同形状の場合、レーザ距離計などの補助測定手段
３６が必要となる。これによりベースパネル１０、部品
１２の寸法を同時に検査するようにする。ベルトコンベ
アの精度の問題から部品の水平面からの角度検出も必要
となる。レーザ距離計３８等で３点計測することにより
この角度は測定できる。

【００２６】上記認識作業の後、供給されたベースパネ
ル１２、部品から効率的な組立手順を判別する（ステッ
プ１０６）。最初の取付ける部品をピックアップするた
めにハンドリングロボット２２を移動する（ステップ１
０８）。部品１２の位置姿勢情報を取得する（ステップ
１１０）。これはハンドリングロボット２２の視覚セン
サ（図示せず）で情報を取得するようにすればよい。部
品１２の水平面（ベルトコンベアの精度）からの角度も
必要になる。レーザ距離計３２などで３点測定すればこ
の角度は測定できる。

【００２７】次に、ハンドリングロボット２２により部
品１２をピックアップして部品１２の姿勢を取り付け姿
勢に変更する（ステップ１１２）。そして、ハンドリン
グロボット２２をベースパネル１０へ部品１２の取付の
ために移動させる（ステップ１１４）。また、ベースパ
ネル１０の部品１２取付け位置姿勢情報の取得をなす。
これはハンドリングロボット２２の視覚センサで情報を
取得するようにすれば良い（ステップ１１６）。ベース
パネル１０の水平面（ベルトコンベアの精度）からの角
度も必要になる。これは部品の場合と同様に、レーザ距
離計３２などで３点計測すれば、この角度は測定でき
る。その後は、取得して情報を元にして部品の配置作業
をなす（ステップ１１８）。次いで、仮付け溶接機２６
によって仮付けを行なう（ステップ１２０）。この場
合、もちろん、ハンドリングロボット２２と干渉しない
ように制御する。

【００２８】このような処理を各ベースプレート１０に
対して行なうことにより、小組パネルの仮組が自動的に
行なうことができる。上記実施形態によれば、建造工程
の中で小組立の配材仮組工程の自動化により、一般的な
造船所の配材仮組の投入人員とこのシステムで対応でき
る作業の割合からすると、およそ年間１０，０００時間
の削減効果を得ることができる。なお、上記実施形態で
はベースパネルと部品の搬送ラインを別個に設けた例を
示したが、両者を混在させた搬送ラインとして構成する
ことができ、また、搬送ラインも２系統に限らないもの
である。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
造船生産ラインにおける小組パネルの配材仮組方法であ
って、搬送ライン上にあるベースパネルとこれに配材さ
れる部品の位置・姿勢情報を画像認識処理により取り込
むとともに、仮組対象部材に付帯させた識別マークによ
り設計ＣＡＤデータを取り込み、前記ベースパネルに対
する部品の配材位置を設定しつつ前記位置・姿勢情報に
基づいてハンドリング手段により前記部品をピックアッ
プし取付姿勢に変更した後にベースパネル上に配材し、
仮付け溶接機により前記ベースパネルと部品の仮付けを
なすように構成したので、小組パネルに必要な部材のカ
ッティングから本溶接に至る過程の配材仮組の自動化を
実現して造船生産ラインの一括したＦＡ化を図ることが
できる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態に係る自動配材仮組装置の全体構成を
示す斜視図である。

【図２】同装置のシステムコントローラ部の構成ブロッ
ク図である。

【図３】制御動作のフローチャートである。

【図４】従来の造船設計工程とこれに基づく造船生産工
程である。

【図５】船尾部の大組ブロック構成例である。

【図６】平行部（船底部）の中組ブロック構成例であ
る。

【符号の説明】

１０ ベースパネル １２ 部品 １４ ベースパネル搬送コンベア １６ 部品搬送コンベア １８ 門型走行フレーム ２０ 軌条 ２２ ハンドリングロボット ２４ 吸着ハンド ２６ 仮付け溶接機 ２８ 多関節アーム ３０ 溶接プローブ ３２ 視覚センサ ３４ システムコントローラ ３６ 補助測定手段 ３８ レーザ距離計 ４０ 識別マーク読取機 ４２ ＣＡＤデータベース ４４ 画像処理部 ４６ 検出パネル表示器 ４８ ＣＡＤ情報表示器 ５０ 溶接ライン設定部 ５２ 偏差信号演算処理部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 造船生産ラインにおける小組パネルの配
   材仮組方法であって、搬送ライン上にあるベースパネル
   とこれに配材される部品の位置・姿勢情報を画像認識処
   理により取り込むとともに、仮組対象部材に付帯させた
   識別マークにより設計ＣＡＤデータを取り込み、前記ベ
   ースパネルに対する部品の配材位置を設定しつつ前記位
   置・姿勢情報に基づいてハンドリング手段により前記部
   品をピックアップし取付姿勢に変更した後にベースパネ
   ル上に配材し、仮付け溶接機により前記ベースパネルと
   部品の仮付けをなすことを特徴とする造船生産ラインの
   自動配材仮組方法。
2. 【請求項２】 造船生産ラインにおける小組パネルの配
   材仮組装置であって、ベースパネルと部品の搬送ライン
   に沿って移動可能にした部品のハンドリング手段を設け
   るとともに、前記ベースパネル搬送ライン上にて溶接処
   理をなす仮付け溶接機を設け、前記ベースパネルと部品
   を撮像する視覚センサを有し、この視覚センサにより取
   り込まれた画像データに基づいて、前記パネルの位置・
   姿勢データを演算するとともに、仮組対象部材に付帯さ
   せた認識マークにより設計ＣＡＤデータを読み込むこと
   により前記ハンドリング手段による部品ピックアップ操
   作とベースプレートへの配材指令を出力し、ベースパネ
   ルに対する部品の接合部位にて仮付け溶着をなす仮付け
   指令を前記仮付け溶接機に出力する制御演算部とを備え
   たことを特徴とする造船生産ラインの自動配材仮組装
   置。