JP2004160667A

JP2004160667A - プレカット木材の製造装置及び製造方法

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Publication number: JP2004160667A
Application number: JP2002325687A
Authority: JP
Inventors: Masao Suzuki; 正雄鈴木
Original assignee: Sumitomo Forestry Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Forestry Co Ltd
Priority date: 2002-11-08
Filing date: 2002-11-08
Publication date: 2004-06-10
Anticipated expiration: 2022-11-08
Also published as: JP4263899B2

Abstract

【課題】種々の高精度加工を低コストで効率的に行うことができるとともに、限られたスペースでまとまった工程を一括して行うことができるプレカット木材の製造装置及び製造方法を提供する。
【解決手段】本発明のプレカット木材の製造装置は、木材を搬送するコンベヤー台と、搬送された木材を支持するクランプ装置と、木材を加工する手段と、各木材の加工データに基づいて前記クランプ装置及び前記木材加工手段に指令を出す制御装置とを有し、前記コンベヤー台には突出自在な複数の木材位置決め用ストッパーが配置されており、前記加工データに基づいて所定のストッパーを突出させることにより木材を停止させ、前記クランプ装置は前記加工データに基づいて木材の所定の位置を把持するとともに木材を中空に支持し、前記クランプ装置及び／又は前記木材加工手段の変位により加工位置調整を行うことを特徴とする。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は木造建築用のプレカット木材を自動的に製造する装置及び製造方法に関し、特に種々のサイズ及び形状の木材に対して高精度加工を自在にかつ効率的に行うことができるプレカット木材の製造装置及びそれを含む製造ライン、並びに製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
木造建築は、土台、柱、梁等種々の形状の木材を使用し、かつ強度及び耐久性の観点から各木材を接合するのに仕口を加工している。仕口には種々の形状があるので、その加工には非常に手間が掛かるのが実情である。
【０００３】
近年、建築日数を短縮するために木材の仕口加工を工場等で行う、いわゆるプレカット木材が使用されるようになってきた。このような事情から種々のプレカット木材の製造装置や搬送装置が提案されてきた（例えば、特許文献１〜１０）。しかし、通常プレカット木材の製造には仕口の形状ごとに専用の加工装置を用いるので、多種の加工装置を要し、加工コストがかさむという問題があった。特に注文建築のように１棟ごとに異なる木造建築の場合、それに要する少数のプレカット木材の製造に多種の加工装置を用いるのは非現実的であった。また木造建築１棟用のプレカット木材の場合、別々の加工装置で製造したものを建築現場で使用し易いように組合せて梱包しなければならず、その手間は大変であった。
【０００４】
ところが、人手不足、建築コスト削減及び工期短縮の要請から、注文建築のように１棟ごとに異なる木造建築に使用するプレカット木材を製造する場合でも、工程を自動化してプレカット木材の製造を能率良くしたいという要求が益々高まってきた。そこで、本発明者は先に複数の加工工具及び木材把持部材を交換自在に支持するアーム式ロボットを用いたプレカット木材の製造装置を提案した（特許文献１１参照）。さらに加工すべき木材の固定及び位置決めを精確かつ効率的に行うためにコンベヤー台に複数の木材位置決め用ストッパーを設けたプレカット木材の製造装置を提案した（特許文献１２参照）。
【０００５】
最近では建築に求められる精確性が益々高まってきた。一方、所定の基準に合わせて製造された木材であっても保管により曲がり、ねじれ等の歪みが発生する。このため、従来のように木材の両端、中間の加工部位ごとに固定位置を変えて加工すると、木材の歪みにより加工部位ごとに基準線が変わるため加工された木材を組立てたときに誤差が大きくなり、木材の歪みの程度によっては要求される建築精度を満たすことができないという問題が生じた。また、建築コストを低減するため、プレカット木材に対する製造コストの低減が一層求められている。このため、木材加工の効率を高め、限られたスペースで多様な加工を一括して行う技術や一本の木材を複数の手段により同時に加工する技術が求められている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−３４７５０３号公報
【特許文献２】
特開平１１−３００７０３号公報
【特許文献３】
特開平９−２２５９０１号公報
【特許文献４】
特開平９−３１４５１０号公報
【特許文献５】
特開平５−１５４８０５号公報
【特許文献６】
特開平７−６０６７３号公報
【特許文献７】
特開平７−６０６８２号公報
【特許文献８】
特開平７−３２２８５号公報
【特許文献９】
特開平６−５５５０５号公報
【特許文献１０】
特開平６−１２６５８４号公報
【特許文献１１】
特開平６−２８５８０８号公報
【特許文献１２】
特開平１０−２３０５０３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の目的は、種々の高精度加工を低コストで効率的に行うことができるとともに、限られたスペースでまとまった工程を一括して行うことができるプレカット木材の製造装置及び製造方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者は、木材の加工作業領域に近接して複数のロボットを配置し、クランプ装置により木材を中空に支持し、支持した木材及びロボットを３次元で変位させることにより効率的な加工位置調整が行えること、その際、クランプ装置のグリップ又は３次元センサーにより木材の基準線を作成し、その基準線に基づいて加工することにより誤差の少ない高精度加工ができること、さらに通信協調により複数のロボットを同時に用いることにより省スペースで生産性の高い作業が行えることを発見し、本発明に想到した。
【０００９】
すなわち、本発明のプレカット木材の製造装置は、木材を搬送するコンベヤー台と、搬送された木材を支持するクランプ装置と、木材を加工する手段と、各木材の加工データに基づいて前記クランプ装置及び前記木材加工手段に指令を出す制御装置とを有し、前記コンベヤー台には突出自在な複数の木材位置決め用ストッパーが配置されており、前記加工データに基づいて所定のストッパーを突出させることにより木材を停止させ、前記クランプ装置は前記加工データに基づいて木材の所定の位置を把持するとともに木材を中空に支持し、前記クランプ装置及び／又は前記木材加工手段の変位により加工位置調整を行うことを特徴とする。
【００１０】
クランプ装置のグリップにより木材の軸線方向に垂直な断面の中心をむすぶ基準線を作成し、この基準線に基づいて加工位置調整を行うことにより、木材の歪みの影響を受けない高精度加工が可能である。具体的にはクランプ装置のグリップで木材の２箇所以上を把持するとともに、グリップの把持部材の間隔、角度等の情報により木材の軸線方向に垂直な断面の中心を測定し、各グリップにより得られた中心をむすぶ基準線を作成する方式とすることができる。基準線はクランプ装置のグリップによって求める場合に限られず、３次元センサーで求めることも可能である。
【００１１】
本発明の好ましい実施例では、クランプ装置はシャフトと、シャフトに取り付けられたアームと、アームに取り付けられたグリップとを有し、クランプ装置はコンベヤー台に平行に移動自在であるとともに、シャフト及びアームは伸縮自在であり、グリップは回転自在である。これによりクランプ装置は木材を支持した状態でコンベヤー台に平行に移動することによる加工位置調整、クランプ装置のシャフト及びアームの伸縮による加工位置調整を行うことができる。また、クランプ装置のグリップにより木材の加工面を回転させて加工位置調整を行うこともできる。
【００１２】
木材加工手段は少なくとも１つの加工工具を交換自在に支持するアームを有するロボットであり、アームは伸縮自在であるとともに３次元的に駆動自在である。コンベヤー台は搬入用コンベヤー台と搬出用コンベヤー台とを有し、搬入用コンベヤー台により搬入された木材をクランプ装置により支持し、木材加工手段により加工した後、搬出用コンベヤー台に移し、搬出する。また、被加工木材の投入と加工されたプレカット木材の排出を一括して行うように、投入用コンベヤーと排出用コンベヤーが前記コンベヤー台に交差して設けられている。
【００１３】
作業効率をさらに高めるため、複数の木材加工手段を備え、制御装置により複数の木材加工手段を通信協調させて木材を加工する構成とすることができる。また、ロボットの効率を高めるため、複数の加工ラインとそれぞれの加工ラインに近接して設けられた複数の木材加工手段を備え、制御装置により、各加工ラインの複数の木材加工手段及び／又は異なる加工ラインの複数の木材加工手段を通信協調させて複数の加工ラインの木材を同時に加工する構成とすることもできる。本発明の製造装置によれば、柱や梁等の主要な構造材だけでなく、間柱、窓台、まぐさ、筋交、垂木、鼻隠し下地等の羽柄材の加工も一括して行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
［１］第一実施例
図１は本発明の第一実施例による製造装置の構成を示す概略図であり、図２は図１に示す製造装置によりプレカット木材を製造している状態を示す概略部分斜視図である。図１に示すように第一実施例のプレカット木材の製造装置は、木材の搬入及び搬出を行う一対のコンベヤー台２ａ，２ｂと、搬入された木材を支持するクランプ装置３と、支持された木材を加工する木材加工手段１と、各木材の加工データに基づいてクランプ装置３及び木材加工手段１に指令を出す制御装置６と、コンベヤー台２に接続され、被加工木材の投入と加工されたプレカット木材の排出を行うコンベヤー（チェーンコンベヤー）１０とを有する。コンベヤー台２には突出自在な複数の木材位置決め用ストッパーが配置されており、加工データに基づいて所定のストッパーを突出させることにより木材を停止させる。コンベヤー台２に平行してＬＭガイド（リニアモーションガイド）５が敷設され、ＬＭガイド５上にクランプ装置３が設置されている。クランプ装置３は複数（この例では５台）設置されており、コンベヤー台２に配置されたストッパーにより停止した木材の位置に合わせてＬＭガイド５上を移動し、木材の所定の位置を把持し、所定の高さに支持できるようになっている。クランプ装置３により支持された木材に加工を施すため、木材加工手段１として複数のロボットが設置されている（この例では６台）。
【００１５】
［Ａ］製造装置の構造
（１）コンベヤー台
図１及び図２に示すようにコンベヤー台２は搬入用と搬出用の一対のコンベヤー台２ａ，２ｂにより構成され、クランプ装置３に近い方に搬入用コンベヤー台２ａが配置されている。一対のコンベヤー台２は平行して直線に設置されている。コンベヤー台２には複数の木材搬送用ローラ２１が設けられており、ローラ２１の回転により木材を搬入又は搬出する。搬入用コンベヤー台２ａのローラの間には複数の位置決め用ストッパー２２が設けられている。図３に示すようにストッパー２２は上下自在なロッド２４ａを有するシリンダー２４と、シリンダーロッド２４ａの上端に固定された板状のストッパー部材２５とからなる。ストッパー２２の突出部材として、図３に示す平板状部材２５の代わりに、図４に示すようなＬ字状の板状部材２５を用いてもよい。
【００１６】
図３（ａ）に示すように木材位置決め用ストッパー２２の板状部材２５は通常コンベヤー台２ｂのローラ２１の上端を結ぶ面（包絡面）２１ａより下に位置するが、制御装置６の指示によりエアシリンダー２４のロッド２４ａが上昇すると、図２（ｂ）に示すように板状部材２５は包絡面２１ａより上方に突出し、木材Ｗを停止させる。
【００１７】
ストッパー２２の間隔は被加工木材Ｗのサイズ及び種類に応じて設定できるが、通常の木造建築用プレカット木材の場合、２０〜５０ｃｍ程度に設定することができる。制御装置６の指示によりどのストッパー２２を突出させるかは、被加工木材Ｗの長さ及び加工位置に応じて定める。
【００１８】
（２）クランプ装置
図５に可動式クランプ装置３と一対のコンベヤー台２の一例を示す。コンベヤー台に平行してＬＭガイド５が敷設されており、ＬＭガイド５上にクランプ装置３が設置されている。クランプ装置３はＬＭガイド５上を自在に移動できるとともに、所定の位置に精確に停止して位置調整を行うことができる。クランプ装置３はシャフト３１と、シャフト３１に取り付けられたアーム３２と、アーム３２に取り付けられたグリップ３３とを有する。シャフト３１及びアーム３２は油圧又は気圧により駆動され、シャフト３１は上下に伸縮自在であり、アーム３２は水平方向に伸縮自在である。この例では、シャフト３１はテレスコープ形のシャフトになっており、内蔵されたシャフトを順次出すことによりストロークを大きくすることができる。グリップ３３は木材Ｗを把持できるとともに回転自在である。このため、把持した木材Ｗの角度を変えることにより位置調整を行うことができる。図５に示す例ではグリップは木材Ｗを上から把持する構造になっており、クランプ装置のシャフト３１とアーム３２の伸縮によりグリップ３３を搬入用コンベヤー台２上の木材Ｗまで移動し、上から木材Ｗを把持した後、木材Ｗを持ち上げて所定の高さに支持する。図６にクランプ装置の別の例を示す。この例ではグリップは木材Ｗを下から把持する構造になっており、シャフト３１を下げるとともに、グリップ３３で木材Ｗを下から掬い上げ、所定の高さに支持する。
【００１９】
グリップ３３の形状は木材Ｗを把持・固定することができれば特に限定されない。例えば、一対の把持部材３５の両方が回動し、木材Ｗを両側から挟むことにより把持する構造としてもよいし、一対の把持部材３５の一方が固定されていて、他方の把持部材３１が回動することにより木材Ｗを引き寄せ、２つの把持部材３１の間に挟むことにより把持する構造としてもよい。
【００２０】
クランプ装置３は、グリップ３３で木材Ｗを把持するだけでなく、グリップ３３により木材Ｗの軸線方向に垂直な断面の中心を測定し、得られた中心に基づいて基準線を作成する機能を備えることもできる。具体的には、クランプ装置３により木材Ｗを２点以上で支持し、クランプ装置３の各グリップ３１で木材Ｗを把持したときの把持部材３５の間隔、把持部材３５の角度等の情報に基づいて木材Ｗの軸線方向に垂直な断面の中心を測定し、得られた各中心をむすぶ基準線を作成する方式とすることができる。基準線を作成するための演算機能はクランプ装置３に備えてもよいし、クランプ装置３で測定したデータを例えば制御装置６に送信し、制御装置６で送信されたデータに基づいて基準線を作成してもよい。
【００２１】
図６に示すクランプ装置を用いる場合、図７に示すようにコンベヤー台２のローラ２１とローラ２１の間にクランプ装置のグリップ３３を差し込む隙間を設けた構造とすることができる。制御装置６の指令により予めコンベヤー台２の所定の隙間にグリップ３３を差し込んでおき、木材Ｗがコンベヤー台２上を搬送されストッパー２２に当接して停止した後、グリップ３３を持ち上げて木材Ｗを下から把持し、そのまま所定の高さまで持ち上げて支持することができる。
【００２２】
図８に示すように、クランプ装置を支持するため必要に応じてＬＭガイドの両側に支持板３９を設けた構造としてもよい。支持板３９は床に固定されており、クランプ装置の両側から油圧シリンダ３７により固定部材３８を突出させ、支持板３９を押圧することによりクランプ装置を所定の位置に固定することができる。
【００２３】
（３）木材加工手段
木材加工手段は図２に示すようなアーム式ロボット１であるのが好ましい。アーム式ロボット１は加工作業領域に近接して配置されており、加工作業領域内で３次元的に自在に動くことができるアームを有する。アーム式ロボット１は特に限定されず、特許文献１１に記載されている構造でも、図２に示すような構造でもよい。図２に示すロボット１はアーム１１とアーム１１の先端部に取り付けられたモータ装置１２と、モータ装置１２に取り付けられたアダプター装置１３に着脱自在に取り付けられる加工工具１４とを有する。ロボット１のアーム１１先端に取り付ける加工工具１４は、丸鋸、カッター、ルーター、ドリル等、いかなるものでもよい。
【００２４】
ロボット１のアーム１１は回転自在であるとともに、角度の変更により伸縮自在であり、３次元的に自由に動くことができる。アーム１１の移動可能範囲は図１中の破線１５で示している。図１に示すように、ロボット１のアーム１１の移動可能範囲１５内に、複数の加工工具１４を配置した加工工具台１６が備えられており、アダプター装置１３により加工工具１４を適宜付け替えることができる。
【００２５】
（４）３次元センサー
３次元センサーは公知のものであってよい。本発明で用いる３次元センサーは光センサー、超音波センサー等の計測手段のほかに必要に応じて演算手段、画像形成手段、画像処理手段等を具備してもよく、制御装置６の演算要素を含めて構成されてもよい。すなわち、計測手段で得られたデータを制御装置６に送信し、制御装置６で演算処理する方式であってもよい。また、３次元センサーはクランプ装置と一体化されていてもよいし、クランプ装置と別に備えられていてもよい。例えばクランプ装置３で木材Ｗを支持した後、別に備えられた３次元センサーにより、レーザー等で木材Ｗを走査することにより木材Ｗの基準線を作成する方式とすることができる。
【００２６】
（５）制御装置
本発明の装置に使用する制御装置６は、コンピューター、ライン制御盤、ロボット制御盤等、いかなる制御装置でも良いが、ロボット１、コンベヤー台２、クランプ装置３等を通信協調させることができるものが好ましい。制御装置６は、各木材ごとの加工情報（加工順序、サイズ、仕口の形状、加工手順等）を基に、ロボット１、コンベヤー台２、クランプ装置３、ストッパー２２等の動きを制御する。制御装置６用の加工情報は手入力したものに限らず、ＣＡＤソフトによって制作された設計情報やＣＡＭソフトによって制作された工程設計情報及び作業設計情報を変換したものでもよい。
【００２７】
第一実施例では、制御装置６は加工情報に基づき制御装置６の通信ボードからロボット１、コンベヤー台２及びクランプ装置３に指令する。具体的には、コンベヤー台２に対しストッパー２２の作動位置等を指令し、クランプ装置３に対し木材Ｗの支持位置、支点の数、クランプ装置３の停止位置、木材Ｗの把持位置、それぞれの加工における木材Ｗの調整位置等を指令する。加工ロボット１に対しては、使用するロボットの数、組み合わせ、加工の種類、加工手順等を指令する。また、制御装置６は個々の加工において、クランプ装置３に支持された木材Ｗの位置及び角度とロボット１のアームに取り付けられた工具の位置及び角度が対応するようにロボット１及びクランプ装置３を通信協調させるとともに、複数のロボット１を用いて同時加工ができるようにロボット１同士を通信協調させる。さらに、制御装置６は上記のように３次元センサーからのデータに基づき基準線を算出し、得られた基準線に基づいて個々の木材Ｗの歪みの許容幅等を判断し、必要に応じて入力情報を変換し、修正された加工情報をロボット１、クランプ装置３等に送信する。
【００２８】
（６）チェーンコンベヤー
図１に本発明の製造装置に用いるチェーンコンベヤーの一例を示す。チェーンコンベヤー１０はコンベヤー台２と交差して設置されている。チェーンコンベヤー１０は搬入用コンベヤー台に投入するための投入用コンベヤー１０ａと、加工作業領域から搬出された加工木材を排出する排出用コンベヤー１０ｂと、コンベヤー台と交差するクロスコンベヤー１０ｃとからなる。交差部分のクロスコンベヤー１０ｃはコンベヤー台２と交差し、コンベヤー台２のローラ２１とローラ２１の間に配置され、上下に移動できるようになっている。まず、投入用コンベヤー１０ａより木材Ｗを搬入用コンベヤー台２ａまで搬送し、ストッパー（図示せず）で木材Ｗを搬入用コンベヤー台２ａ上に停止させる。次にクロスコンベヤー１０ｃを下降させることによりコンベヤー台と交差する方向の動きを停止させ、搬入用コンベヤー台２ａによる搬送に切り替えることができる。一方、加工作業領域から搬出用コンベヤー台２ｂにより搬出されたプレカット木材は、チェーンコンベヤーと交差する位置に到達するとストッパー（図示せず）により停止し、クロスコンベヤー１０ｃを上昇させることによりチェーンコンベヤーがコンベヤー台２ｂのローラ２１の上方にせり上がり、プレカット木材を排出用コンベヤー１０ｂに移すことができる。この例のように投入用及び排出用のチェーンコンベヤー１０を一箇所に配置し、チェーンコンベヤー１０に搬入用及び搬出用のコンベヤー台２を交差させて接続する構成とすることにより、狭い作業スペースでも効率的に木材加工することができる。
【００２９】
（７）その他
本発明のプレカット木材の製造装置は、上記構成要素以外にも種々の目的に応じた専用機等を備えることができる。例えば、インクジェットプリンタ、ラベル貼付機等を設けることができ、これらを用いて組立て情報（構造図、手順、金物種類等）、取り付け情報（開口部、サッシ、配線、配管等）、品質管理情報（納まり基準、精度基準等）等の情報をプレカット木材に付加することができる。加工作業領域に複数の加工ラインを配備したり、ライン上にプレカット木材の形状検査用の機器を配備してもよい。また、チェーンコンベヤー１０に鼻切りノコを設け、木材投入時に木材の寸法を揃えるようにしてもよい。
【００３０】
［Ｂ］装置の作動
本発明の製造装置は、上述のようにクランプ装置３とアーム式ロボット１の協調により精密で精確な動作ができるため、継手、仕口等の複雑形状の加工、金物工法による構造金物等の取り付け及び金物対応加工、丸太、多角形材、矩形材以外の加工材形状での加工等の精密で複雑な多種類加工が可能である。また、横架材、柱材等の統合加工、羽柄材加工、金物工法等の金物取り付け等を一括して行うことができる。そのため、１棟ごとのまとまった単位で加工することもできるし、搬送する梱包単位で加工することもできる。このような特徴から、本発明の製造装置によりプレカット木材を製造する場合、建築現場での組立て順序に従って被加工材を製造装置に投入するのが効率的である。例えば、２階建て家屋を建造する場合、被加工材の投入順序は土台、１階柱材、２階横架材（胴差し、梁、桁等）、２階柱材、２階横架材（桁、梁等）の順序で投入する。このように組立て順序に従って加工及び梱包することにより、建築現場での組立て作業の能率を向上させることが可能になる。
【００３１】
第一実施例のプレカット木材の製造装置の作動を図１を参照して説明する。まず、各被加工木材Ｗの加工情報データ（被加工木材の種類、加工順序、サイズ、仕口の形状、加工手順、排出コンベヤーへの堆積順序等）を制御装置６に入力する。次に作業者は木材投入クロスチェーンコンベヤー１０に被加工木材Ｗを投入し、被加工木材Ｗを搬入用コンベヤー台まで搬送する。被加工木材Ｗが搬入用コンベヤー台上に達するとストッパー（図示せず）により被加工木材Ｗを停止させるとともに、制御装置の指令によりチェーンコンベヤーを下降させてコンベヤー台２に交差する搬送を停止させ、搬入用コンベヤー台２ａによる搬送に切り替え、木材Ｗを加工作業領域に搬送する。加工作業領域に到達したら、制御装置６の指令によりストッパー２２のいずれか１つを突出させ、被加工木材Ｗをストッパーに当接させる。これにより木材Ｗを加工作業領域の所定の位置に停止させて木材Ｗの位置決めを行う。
【００３２】
制御装置６からクランプ装置３に木材Ｗの停止位置を指令する。この指令に基づいてクランプ装置３はＬＭガイド５上を移動し、所定の位置に停止する。次にクランプ装置３は、制御装置６の指令により加工位置を避けて被加工木材Ｗを把持し、木材Ｗを持ち上げて木材Ｗを中空に支持する。その際、木材Ｗをコンベヤー台から９０ｃｍ以上の高さに支持するのが好ましい。木材Ｗを９０ｃｍ以上の高さに支持することにより、ロボットのアームを木材Ｗの下から差し入れて加工することが可能になる。クランプ装置３は１本の木材Ｗに対し２台以上用い（２箇所以上の支点で支持し）、使用しないクランプ装置３は制御装置６の指令により加工作業領域の回避位置に移動する。クランプ装置３は木材Ｗを支持した状態で必要に応じてＬＭガイド上をロボットの加工作業領域まで移動することができる。
【００３３】
クランプ装置３は、木材Ｗを支持するとともにグリップ３３により把持した木材Ｗの軸線方向に垂直な断面の中心を測定する。測定したデータを制御装置６に送信し、制御装置６の演算要素により各断面の中心をむすぶ線（基準線）を算出する。ここで、木材の軸線方向に垂直な断面の中心をむすぶ線とは、測定された各断面の中心を実際にむすぶ線に限られず、測定された中心を基に作成された近似曲線等を含むことを意味する。また、本発明で用いる基準線は測定した全ての中心をむすぶ線に限られず、例えば両端部の中心を直線でむすぶ線であってもよく、目的に応じて複数の基準線を使い分けることもできる。さらに、基準線はグリップ３３で挟んだ間に限られず、外挿することにより、木材Ｗ全体に対して適用することができる。制御装置６は、得られた基準線に基づいて入力情報を変換し、加工情報を修正する。制御装置６はクランプ装置３及びロボット１に修正された加工情報を送り、クランプ装置３及びロボット１はこの情報に基づいて加工位置の微調整を行う。なお、基準線はこの例に限られず上記の３次元センサーで求めてもよい。
【００３４】
本発明では上記の基準線に基づいて加工するため、木材Ｗの歪みによる誤差を低減することが可能になる。例えば、図９に示すように水平方向に湾曲している横架材に対し、その湾曲している方向にほぞ穴４２を形成する場合、従来の加工法では木材Ｗの表面を基準に決められた深さ（Ｌ_１）のほぞ穴４２を加工するため、湾曲分がそのまま誤差となる。これに対し、木材Ｗの両端部の断面の中心を直線でむすぶ線を基準線４１とし、基準線４１からの距離（Ｌ_２）により加工位置（ほぞ穴の深さＬ_３）を算出してほぞ穴４２を加工する場合には、湾曲分が消去されるため組立て時に誤差が発生しない。
【００３５】
３点以上の中心を基に基準線を作成する場合には、個々の木材の歪みの程度と方向を把握することができる。これにより使用目的に合った木材Ｗの加工面を選択することが可能になる。例えば、梁材は上からの荷重が掛かるため、梁材が湾曲している場合には湾曲している凸面を上に向けて梁材を組むことが望ましい。３点以上の中心を基に基準線を作成することにより湾曲した凸面が上になるように梁材の加工面を選択することができる。
【００３６】
木材Ｗの歪みに対し一定の許容幅を設定することも可能である。測定した木材の歪みが設定した許容幅を超えている場合には、制御装置６で基準線に基づいて加工情報を修正することにより歪みの影響を消去することができる。基準線による加工方法はこれらの例に限られず、例えば木材の種類、使用目的等の情報を予め制御装置に入力しておき、これらの入力情報により基準線に基づく加工位置調整、木材の表面を基準にする加工位置調整等を使い分けることもできる。
【００３７】
クランプ装置は基準線を作成した後、木材Ｗを持ち替えることにより支持位置を変えてもよい。例えば、初めに木材Ｗの両端部を支持し、基準線を作成した後、木材Ｗの端部を加工するときに加工部位に近い支持位置を変えて加工を容易にすることができる。また、加工作業の途中でクランプ装置の数を増減してもよい。例えば、初めに４台のクランプ装置で木材Ｗを支持し、加工作業の途中で加工部位に近いクランプ装置を外すこともできるし、初めに２台のクランプ装置で木材Ｗを支持し、加工作業の途中でクランプ装置を追加して木材Ｗの支持を補強することもできる。
【００３８】
複数のロボット１を制御装置６の指令により互いに通信協調させることにより、１本の木材Ｗに対し複数のロボット１により同時に異なる加工を施すことができ、加工効率がさらに向上する。また、本発明では木材Ｗを中空に支持するため加工位置の調整を３次元で容易に行うことができる。クランプ装置３はロボット１の位置に合わせてアーム３２やシャフト３１を伸縮させることにより加工位置を微調整することができ、またグリップを回転させて加工面を変えたり、加工面の角度を変えたりすることができる。ロボット１はアームを３次元で駆動させることにより加工位置を調整することができる。制御装置６によりクランプ装置３とロボット１を協調させることにより、位置調整を精確に行うことができ、これにより精密で複雑な加工が可能になる。
【００３９】
複数のロボット１を通信協調させる場合、１本の木材Ｗを複数のロボット１で加工することもできるし、羽柄材のように短い木材では加工ラインに複数の木材Ｗを並べ、これらを複数のロボット１で加工することもできる。例えば、第１の木材を搬入用コンベヤー台２ａで搬入し、木材投入側から遠い位置で停止させ、クランプ装置３で支持する。次に第２の木材を搬入用コンベヤー台２ａで搬入し、木材投入側から近い位置で停止させ、クランプ装置３で支持する。クランプ装置３により並べて支持された２本の木材Ｗを複数のロボット１を通信協調させて加工する。この場合、図１に示すようにロボット１ａ〜１ｆを自由に組み合わせて２本の木材Ｗを加工することができる。例えば、第１の木材Ｗをロボット１ｂ、１ｃ、１ｆで加工し、第２の木材Ｗをロボット１ａ、１ｄ、１ｅで加工してもよいし、ロボット１ｂ、１ｅを両方の木材Ｗの加工に用い、加工手順により各木材Ｗを２台又は４台のロボットで加工してもよい。
【００４０】
加工が終るとクランプ装置３は第１の木材及び第２の木材をそれぞれ搬出用コンベヤー台２ｂ上に移し、コンベヤー台２ｂで搬送する。加工ラインに木材Ｗがなくなると搬入用コンベヤー台２ａで次の木材Ｗを搬入し、上記と同様の手順で加工作業を行う。
【００４１】
図１及び図１０を参照して本発明の製造装置による木材加工の具体例を説明する。図１に示すように配置された６台のロボット（１ａ〜１ｆ）を同時に用いて、木材Ｗに図１０に示す加工を施す。まず、木材Ｗを搬入用コンベヤー台２ａにより搬送し、制御装置６の指令により所定の位置のストッパーに当接させて停止させ、位置決めを行う。次に制御装置６の指令により２台のクランプ装置３がＬＭガイド５上を木材Ｗの停止位置に移動する。その際、制御装置６の指令により使用しないクランプ装置３を加工作業領域の回避位置に移動する。クランプ装置３のシャフトを下げ、グリップ３３により加工位置を避けて木材Ｗを把持し、木材Ｗをコンベヤー台２ａから９０ｃｍの高さに支持する。このとき２台のクランプ装置３の各グリップ３３により木材Ｗの中心を測定し、データを制御装置６に送信し木材Ｗの基準線を作成する。
【００４２】
次に、制御装置６から送信された加工情報に基づいて、まずロボット１ａ、１ｂ及び１ｃが協調して木材Ｗの加工する。すなわち、ロボット１ｃが蟻継ぎおす材加工Ｍ及びツールチェンジしてたる木欠き加工Ｒを行い、その間にロボット１ｂがたる木欠き加工Ｐ、ロボット１ａが鎌継ぎおす材加工Ｊ及びツールチェンジしてたる木欠き加工Ｎを行う。次に制御装置から送信する加工情報に基づいてロボット１ｄ、１ｅ及び１ｆが協調して木材Ｗを加工する。すなわち、ロボット１ｆが大入れ蟻掛け加工Ｌ、ツールチェンジしてほぞ穴加工Ｓ及びほぞ穴裏加工Ｓを行い、その間にロボット１ｅがほぞ穴加工Ｑ及びほぞ穴裏加工Ｑ、ロボット１ｄが大入れ蟻掛け加工Ｋ、ツールチェンジしてほぞ穴加工Ｏ及びほぞ穴裏加工Ｏを行う。
【００４３】
上記のようにクランプ装置３を一箇所に固定してロボット１ａ〜１ｆにより加工する場合に限られず、クランプ装置３がロボット１ｂ，１ｃ，１ｆとロボット１ａ，１ｄ，１ｆの各作業領域間を移動して加工してもよい。
【００４４】
全ての加工が終了するとクランプ装置３は加工されたプレカット木材を搬出用コンベヤー台２ｂ上に移す。搬出用コンベヤー台２ｂで搬送する途中でプレカット木材は形状検査のセンサー（図示せず）の前を通過する。センサーによりプレカット木材を検品し、不合格品を搬出用コンベヤー台２ｂから排除する。検査に合格した木材を搬出用コンベヤー台２ｂによりチェーンコンベヤー１０との交差部分まで搬送し、ストッパーに当接させて停止させる。次にクロスコンベヤー１０ｃを上昇させて木材を排出用コンベヤー１０ｂへ移動し、排出用コンベヤー１０ｂで排出する。排出された木材をセットロボット５１により挟み上げ、運送サイズに合わせた所定のパレット上に移動する。
【００４５】
［２］第二実施例
図１１に示す第二実施例のプレカット木材の製造装置は、２列の加工ラインが設けられ、各ラインに一対のコンベヤー台２と、クランプ装置３と、ロボット１とが配置されている。２つのラインのクランプ装置３は互いに背中合わせに配置されており、ロボット１は対面するように配置されている。複数の加工ラインを備えたプレカット木材の製造装置はこの例に限られず、各構成要素が任意の位置に配置されていてもよい。例えば、加工ラインと加工ラインの間にロボット１とクランプ装置３が配置されていてもよいし、加工ラインと加工ラインの間にロボット１が配置され、加工ラインの外側にクランプ装置が配置されていてもよい。製造装置の各構成要素及び基本的な作動は上記第一実施例と同様であるので説明を省略する。
【００４６】
第二実施例では、加工ラインを２列にしているため作業効率をより向上させることが可能である。例えば、加工部位が少ない加工材（柱材等）の場合、２列の加工ラインを同時に稼動させる方がロボットを遊ばせることなく生産性を向上させることができる。また、２列の加工ラインに搬入された複数の木材Ｗを各加工ラインに配置されたロボット１ａ〜１ｆを任意に組み合わせて同時に加工することが可能である。図１１に示すように対面するロボット１のアーム１１の移動可能範囲１５は、互いに相手の加工ラインまで及んでいるため、ロボット１はいずれのラインの木材Ｗを加工することも可能である。従って、各加工ラインに配置されたロボット１ａ〜１ｃとロボット１ｄ〜１ｆによりそれぞれのラインの木材Ｗを加工する場合に限られず、対面するロボット１同士が協調して一方のラインの木材を加工することも可能であり、両方のラインのロボット１が相互に両方のラインの木材Ｗを加工することも可能である。このため、制御装置６はコンピュータにより、加工順序、加工の種類、加工部位の数等から最も効率的なロボット１の組み合わせ、作業手順等の加工情報を算出し、ロボット１及びクランプ装置３に送信する。ロボット１及びクランプ装置３は制御装置６から送信された加工情報に基づいて加工位置調整を行い、６台のロボット１ａ〜１ｆが適宜協調して２列の加工ラインの木材Ｗを加工する。
【００４７】
第二実施例では、２列の加工ラインにそれぞれ１本ずつ木材Ｗを搬入して加工してもよいし、２列の加工ラインにそれぞれ複数の木材Ｗを搬入し、各ラインの複数の木材Ｗを同時に加工してもよい。各ラインにおける複数の木材Ｗの加工手順は第一実施例の場合と同じであるので説明を省略する。
【００４８】
［３］第三実施例
図１２に示す第二実施例のプレカット木材の製造装置は、投入用チェーンコンベア１０ａと排出用チェーンコンベア１０ｂが加工作業領域の両側に備えられており、加工作業領域への木材搬送用として１台のコンベヤー台２を使用する。投入用チェーンコンベア１０ａに投入された木材をコンベヤー台２で加工作業領域に搬送し、加工作業領域で加工した木材をコンベヤー台２で排出用チェーンコンベア１０ｂに搬送する。この例では木材の流れが一方向であり、１台のコンベヤー台２で作業を行うことができるため、製造装置の構成を簡素化することができる。加工作業領域の製造装置の各構成要素及び基本的な作動は上記第一実施例と同様であるので説明を省略する。
【００４９】
【発明の効果】
上記の通り、本発明のプレカット木材の製造装置は、木材をクランプ装置により中空に支持し、支持した木材を３次元で変位させて加工位置調整を行うので、限られたスペースで効率的に種々の高精度加工することができる。また木材の基準線を作成し、この基準線に基づいて加工するので木材の歪みの影響を受けず組み立て精度の高い加工を施すことができる。さらに、木材の加工作業領域に近接して複数のロボットを配置し、通信協調により複数のロボットを同時に用いることにより、さらに効率的な作業を行うことができ、コストを低減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例によるプレカット木材の製造装置を含むライン全体を概略的に示す平面図である。
【図２】本発明の第一実施例によるプレカット木材の製造装置により加工している状態を示す概略斜視図である。
【図３】本発明のプレカット木材の製造装置に用いるストッパーの一例を概略的に示す部分断面側面図であり、（ａ）はストッパーが後退した状態を示し、（ｂ）はストッパーが上昇した状態を示す。
【図４】本発明のプレカット木材の製造装置に用いるストッパーのもう１つの例を概略的に示す部分断面側面図である。
【図５】本発明のプレカット木材の製造装置に用いるクランプ装置及びコンベヤー台の一例を示す概略図である。
【図６】本発明のプレカット木材の製造装置に用いるクランプ装置及びコンベヤー台の別の例を示す概略図である。
【図７】本発明のプレカット木材の製造装置に用いるコンベヤー台のローラの間にクランプ装置のグリップを配置した状態を概略的に示す部分側面図である。
【図８】本発明のプレカット木材の製造装置に用いるクランプ装置を支持板に固定した状態を示す部分断面正面図である。
【図９】被加工木材から求めた基準線に基づいて加工した例を示す概略断面図である。
【図１０】本発明のプレカット木材の製造装置による木材加工の具体例を示す概略図である。
【図１１】本発明の第二実施例によるプレカット木材の製造装置を含むライン全体を概略的に示す平面図である。
【図１２】本発明の第三実施例によるプレカット木材の製造装置を含むライン全体を概略的に示す平面図である。
【符号の説明】
１・・・木材加工手段（ロボット）
２・・・コンベヤー台
搬入用コンベヤー台２ａ
搬出用コンベヤー台２ｂ
３・・・クランプ装置
３１・・・シャフト
３２・・・アーム
３３・・・グリップ
６・・・制御装置
１０・・・チェーンコンベヤー
１１・・・ロボットのアーム
２２・・・ストッパー

Claims

木材を搬送するコンベヤー台と、搬送された木材を支持するクランプ装置と、木材を加工する手段と、各木材の加工データに基づいて前記クランプ装置及び前記木材加工手段に指令を出す制御装置とを有し、前記コンベヤー台には突出自在な複数の木材位置決め用ストッパーが配置されており、前記加工データに基づいて所定のストッパーを突出させることにより木材を停止させ、前記クランプ装置は前記加工データに基づいて木材の所定の位置を把持するとともに木材を中空に支持し、前記クランプ装置及び／又は前記木材加工手段の変位により加工位置調整を行うことを特徴とするプレカット木材の製造装置。
請求項１に記載のプレカット木材の製造装置において、前記クランプ装置はシャフトと、前記シャフトに取り付けられたアームと、前記アームに取り付けられたグリップとを有し、前記クランプ装置は前記コンベヤー台に平行に移動自在であるとともに、前記シャフト及び前記アームは伸縮自在であり、前記グリップは回転自在であることを特徴とするプレカット木材の製造装置。
請求項１又は２に記載のプレカット木材の製造装置において、前記クランプ装置のグリップで木材の２箇所以上を把持するとともに、それぞれの前記グリップにより木材の軸線方向に垂直な断面の中心を測定し、得られた各中心をむすぶ基準線を作成し、前記基準線に基づいて加工位置調整を行うことを特徴とするプレカット木材の製造装置。
請求項１又は２に記載のプレカット木材の製造装置において、３次元センサーにより木材の軸線方向に垂直な断面の中心をむすぶ基準線を作成し、前記基準線に基づいて加工位置調整を行うことを特徴とするプレカット木材の製造装置。
請求項１〜４のいずれかに記載のプレカット木材の製造装置において、前記木材加工手段は少なくとも１つの加工工具を交換自在に支持するアームを有するロボットであり、前記アームは伸縮自在であるとともに３次元的に駆動自在であることを特徴とするプレカット木材の製造装置。
請求項１〜５のいずれかに記載のプレカット木材の製造装置において、前記クランプ装置の移動と、前記クランプ装置の前記シャフト及び前記アームの伸縮により加工位置調整を行うことを特徴とするプレカット木材の製造装置。
請求項１〜６のいずれかに記載のプレカット木材の製造装置において、前記クランプ装置の前記グリップにより木材の加工面を回転させ、もって加工位置調整を行うことを特徴とするプレカット木材の製造装置。
請求項１〜７のいずれかに記載のプレカット木材の製造装置において、前記クランプ装置は前記グリップにより前記コンベヤー台上の木材を上から把持し、前記木材を前記コンベヤー台から所定の高さに持ち上げて支持することを特徴とするプレカット木材の製造装置。
請求項１〜８のいずれかに記載のプレカット木材の製造装置において、前記クランプ装置は前記グリップにより前記コンベヤー台上の木材を下から把持し、前記木材を前記コンベヤー台から所定の高さに持ち上げて支持することを特徴とするプレカット木材の製造装置。
請求項１〜９のいずれかに記載のプレカット木材の製造装置において、複数の前記木材加工手段を備え、前記制御装置により複数の前記木材加工手段を通信協調させて木材を加工することを特徴とするプレカット木材の製造装置。
請求項１〜１０のいずれかに記載のプレカット木材の製造装置において、複数の加工ラインとそれぞれの加工ラインに近接して設けられた複数の木材加工手段を備え、前記制御装置により、各加工ラインの複数の前記木材加工手段及び／又は異なる加工ラインの複数の前記木材加工手段を通信協調させて前記複数の加工ラインの木材を同時に加工することを特徴とするプレカット木材の製造装置。
請求項１〜１１のいずれかに記載のプレカット木材の製造装置において、前記コンベヤー台は搬入用コンベヤー台と搬出用コンベヤー台とを有し、前記搬入用コンベヤー台により搬入された木材を前記クランプ装置により支持し、前記木材加工手段により加工した後、前記搬出用コンベヤー台に移し、搬出することを特徴とするプレカット木材の製造装置。
請求項１〜１２のいずれかに記載のプレカット木材の製造装置において、被加工木材の投入と加工されたプレカット木材の排出を一括して行うように、投入用コンベヤーと排出用コンベヤーが前記コンベヤー台に交差して設けられていることを特徴とするプレカット木材の製造装置。
プレカット木材を製造する方法において、木材をコンベヤー台に配置されたストッパーに当接させ、停止させることにより位置決めを行い、クランプ装置により木材の所定の位置を把持するとともに木材を中空に支持し、前記クランプ装置及び／又は木材加工手段を変位させて加工位置調整を行うことを特徴とするプレカット木材の製造方法。
請求項１４に記載のプレカット木材の製造方法において、前記クランプ装置のグリップで木材の２箇所以上を把持するとともに、それぞれの前記グリップにより木材の軸線方向に垂直な断面の中心を測定し、得られた各中心をむすぶ基準線を作成し、前記基準線に基づいて加工位置調整を行うことを特徴とするプレカット木材の製造方法。
請求項１４に記載のプレカット木材の製造方法において、３次元センサーにより木材の軸線方向に垂直な断面の中心をむすぶ基準線を作成し、前記基準線に基づいて加工位置調整を行うことを特徴とするプレカット木材の製造方法。
請求項１４〜１６のいずれかに記載のプレカット木材の製造方法において、前記クランプ装置の移動と、前記クランプ装置のシャフト及びアームの伸縮により加工位置調整を行うことを特徴とするプレカット木材の製造方法。
請求項１４〜１７のいずれかに記載のプレカット木材の製造方法において、前記クランプ装置の前記グリップにより木材の加工面を回転させ、もって加工位置調整を行うことを特徴とするプレカット木材の製造方法。
請求項１４〜１８のいずれかに記載のプレカット木材の製造方法において、制御装置により複数の前記木材加工手段を通信協調させて木材を加工することを特徴とするプレカット木材の製造方法。
請求項１４〜１９のいずれかに記載のプレカット木材の製造方法において、複数の加工ラインとそれぞれの加工ラインに近接して設けられた複数の木材加工手段を備え、前記制御装置により、各加工ラインの複数の前記木材加工手段及び／又は異なる加工ラインの複数の前記木材加工手段を通信協調させて前記複数の加工ラインの木材を同時に加工することを特徴とするプレカット木材の製造方法。