JP4287951B2

JP4287951B2 - 造船生産ラインの自動配材仮組方法および装置

Info

Publication number: JP4287951B2
Application number: JP17654899A
Authority: JP
Inventors: 昭一稲見; 宏小野
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Priority date: 1999-06-23
Filing date: 1999-06-23
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2019-06-23
Also published as: JP2001001979A

Description

【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４ｃ）。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ＣＡＤ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、切断加工工程から小組パネルを構成するベースパネルとこれに仮付けされる部品とを分別供給して連続的に搬送させておき、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制御演算部に取り込むとともに、仮組対象部材に付帯させた識別マークにより設計ＣＡＤデータを制御演算部に取り込み、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、切断加工工程から小組パネルを構成するベースパネルとこれに仮付けされる部品とを分別供給して連続的に搬送させるコンベアを併設しておき、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１０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１４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ＣＡＤ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１０、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１２とを並列しているそれぞれのベルトコンベア１４，１６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１０４）。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１０８）。
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、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
４２ＣＡＤデータベース
４４画像処理部
４６検出パネル表示器
４８ＣＡＤ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

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、切断加工工程から小組パネルを構成するベースパネルとこれに仮付けされる部品とを分別供給して連続的に搬送させておき、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制御演算部に取り込むとともに、仮組対象部材に付帯させた識別マークにより設計ＣＡＤデータを制御演算部に取り込み、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。
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、切断加工工程から小組パネルを構成するベースパネルとこれに仮付けされる部品とを分別供給して連続的に搬送させるコンベアを併設しておき、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。