JPH10329104A - プレカット木材の製造ライン及び製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 木造建築用プレカット木材の仕口加工を複数
のロボット式加工ユニットを用いて行うとともに、全プ
レカット木材の加工時間が最短となるように各ロボット
に割り当てる仕口加工の種類を設定し、もって被加工木
材の加工効率を最適化したプレカット木材の製造ライン
及び製造方法を提供する。 【解決手段】 プレカット木材の製造ラインは、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具備
するロボットを有する複数の加工ユニットが搬送コンベ
ヤーを介して連結してなり、各ロボットの工具の稼働時
間及び交換時間の合計が前記加工ユニット間で平均化さ
れるように、前記プレカット木材の仕口の加工種類と加
工数が各加工ユニットに割り振られ、前記加工工具が各
ロボットに割り振られている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、それぞれロボット
を有するプレカット木材用加工ユニットが搬送コンベヤ
ーを介して複数配列してなる木造建築用プレカット木材
の製造ライン及びかかる製造ラインによるプレカット木
材の製造方法に関し、特に加工時間が最短となるように
各ロボットに割り当てる加工の種類を設定することによ
り、木造建築用プレカット木材の製造効率を向上した製
造ライン及び製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】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、建築現場での木材の仕口加工を省略
して建築日数を短縮するために、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。図10は仕口加工の一
例を示す。木材51には突起53及び段部55を形成し、木材
51と嵌め合わせる木材52には突起53と相補的形状の凹部
54及び段部55に対応する段部56を形成する。従って、突
起53を凹部54に嵌めることにより木材51と木材52をしっ
かり接合することができる。

【０００４】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。

【０００５】ところが、最近の人手不足、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。このよう
な事情から、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（特開平6-285808
号）。

【０００６】図11に概略的に示すように、このプレカッ
ト木材の製造装置は、アーム式ロボット１と、１対の加
工台又はコンベヤー２ａ、２ｂと、被加工木材の供給台
４と、プレカット木材の貯留台５と、ロボット１の制御
装置６とを有し、種々のサイズ及び仕口形状の木材を自
動的に加工できるという特徴を有する。本発明者はこの
装置をベースにしてさらに効率の良くプレカット木材を
製造し得る方法について開発しつつ、複数のロボットで
木材を加工する場合ロボットへの配分を効率的にするの
が望ましいことに着目した。

【０００７】ところで従来の木材加工専用機の場合、一
台の専用機で加工できる仕口加工の種類が決められてお
り、例えば一棟分のプレカット木材をすべて専用機で加
工しようとすると、プレカット木材の仕口の種類を集計
し、各仕口加工に対応する専用機をすべて揃えなければ
ならない。木材の仕口加工用の専用機は定められている
ので、種々の専用機の配置や加工の振り分けについて考
慮する余地がないが、ある種の仕口の数が特に多い場合
にはその仕口を加工する専用機がフル稼動する傍ら、他
の専用機の稼動時間が短いという問題がある。すべての
専用機の稼動効率を上げるには、数の多い仕口に複数の
専用機を用意しなければならないが、高価な専用機を余
分に配置すると製造ラインのコストが高騰するという問
題が生じる。その上、木造建築物の種類が異なってプレ
カット加工の組合せが変わると、余分な専用機が無駄に
なるだけでなく、今度は他の専用機が余分に必要にな
る。結局専用機だけでプレカット木材の製造ラインを組
むと、多くの専用機を余分に配置しておかなければなら
ず、製造ラインは非常にコスト高となる。

【０００８】一方、上記特開平6-285808号に開示したア
ーム式ロボットを有する製造装置を用いた場合、一台の
ロボットでほぼ全ての仕口を加工できるため、いかなる
プレカット木材に対しても、ロボットの台数を増やした
分だけ生産速度を向上させることができる。しかし被加
工木材の加工をランダムに複数のロボットに配分する
と、各ロボットにおける工具の交換回数が多くなり、プ
レカット木材全体の生産効率の向上が必ずしも十分では
ない。

【０００９】従って本発明の目的は、木造建築用プレカ
ット木材の仕口加工を複数のロボット式加工ユニットを
用いて行うとともに、全プレカット木材の加工時間が最
短となるように各ロボットに割り当てる仕口加工の種類
を設定し、もって被加工木材の加工効率を最適化したプ
レカット木材の製造ライン及び製造方法を提供すること
である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に鋭意研究の結果、本発明者は、それぞれアーム式ロボ
ットを有する複数の加工ユニットを搬送コンベヤーを介
して連結し、木材加工で必要な工具数を集計した上で全
プレカット木材の加工時間の合計が最短になるように加
工工程を各ロボットに振り分ければ、木材の加工効率を
最適化できることを発見し、本発明を完成した。

【００１１】すなわち、本発明のプレカット木材の製造
ラインは、少なくとも１つの加工工具を交換自在に支持
するアームを具備するロボットを有する複数の加工ユニ
ットが搬送コンベヤーを介して連結してなり、各ロボッ
トの工具の稼働時間及び交換時間の合計が前記加工ユニ
ット間で平均化されるように、前記プレカット木材の仕
口の加工種類と加工数が各加工ユニットに割り振られ、
前記加工工具が各ロボットに割り振られていることを特
徴とする。

【００１２】また本発明のプレカット木材の第一の製造
方法は、少なくとも１つの加工工具を交換自在に支持す
るアームを具備するロボットを有する複数の加工ユニッ
トを使用し、(1) 前記プレカット木材の仕口の数及び種
類を集計し、(2) 前記仕口の数及び種類に基づいて、加
工工具の種類及び各加工工具による総加工時間を求め、
(3) 前記加工工具の種類と前記ロボットの数（ただし各
ロボットに同種の標準工具が追加されている場合には、
ロボットの数＋標準工具の数）とを比較し、前記加工工
具の種類の方が多ければ、超過数の加工工具の交換時間
を前記総加工時間に加算して、ロボットの総稼働時間を
求め、(4) 前記総稼働時間を前記ロボットの数で除算す
ることにより、ロボット１台当たりの平均稼働時間を求
め、(5) 各ロボットにおける総加工時間が前記平均稼働
時間とできるだけ等しくなるように、前記加工工具を複
数のロボットに配分し、(6) 搬送コンベヤーを経て前記
加工ユニットを順次通過させることにより、被加工木材
に順次仕口加工を施こすことを特徴とする。

【００１３】さらに本発明のプレカット木材の第二の製
造方法は、少なくとも１つの加工工具を交換自在に支持
するアームを具備する複数のロボットを有する複数の加
工ユニットと、木材加工専用機を有する少なくとも１つ
の加工ユニットとを使用し、(1) 前記プレカット木材の
仕口の数と種類を集計し、(2) 前記木材加工専用機が行
うべき仕口加工に対して平均加工時間を計算し、(3) そ
れ以外の仕口の数及びその加工に要する加工工具の種類
に基づいて、各ロボットの総加工時間を計算し、(4) 前
記加工工具の種類と前記ロボットの数（ただし各ロボッ
トに同種の標準工具が追加されている場合には、ロボッ
トの数＋標準工具の数）とを比較し、前記加工工具の種
類の方が多ければ、超過数の加工工具の交換時間を前記
総加工時間に加算して、ロボットの総稼働時間を求め、
(5) 前記総稼働時間を前記ロボットの数で除算すること
により、ロボット１台当たりの平均稼働時間を求め、
(6) 前記木材加工専用機の平均稼働時間と前記ロボット
の平均稼働時間とを比較し、前記木材加工専用機の平
均稼働時間の方が短かい場合には、前記木材加工専用機
に前記専門仕口の全量を加工させ、前記木材加工専用
機の平均稼働時間の方が長い場合には、前記木材加工専
用機の平均稼働時間が前記ロボットの平均稼働時間と等
しくなるように前記木材加工専用機の仕口加工数を計算
するとともに、残余の仕口について再度ロボットの平均
稼働時間を求め、(7) 各ロボットにおける総加工時間が
前記平均稼働時間とできるだけ等しくなるように、前記
加工工具をロボットに配分し、(8) 搬送コンベヤーを経
て前記加工ユニットを順次通過させることにより、被加
工木材に順次仕口加工を施こすことを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下本発明を添付図面を参照して
詳細に説明する。 [1] 加工ユニット [A] 加工ユニットの基本構成 本発明に用いるアーム式ロボットを有する加工ユニット
は、図１及び３に示すように、アーム式ロボット１と、
直線状に配置された１対のコンベヤー台２ａ、２ｂと、
加工ユニットをコントロールする制御装置６を有する。
なお図１では制御装置６と他の構成要素との接続を省略
してある。

【００１５】(1) アーム式ロボット 図１及び図２に示すように、ロボット１は加工領域に近
接して配置され、加工領域内で三次元的に自在に動くこ
とができるアーム11を有する。アーム式ロボット１の構
造自体は特開平6-285808号に記載のものと同じでよい。
また図２に示すような構造のアーム式ロボット１でも良
い。このロボット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、カッター、ルーター、ドリル
等、いかなるものでも良い。

【００１６】ロボット１のアーム11は複数のジョイント
を有するために回転自在であるとともに伸縮自在であ
り、三次元的に動くことができる。アーム11の移動可能
範囲は図１中の一点鎖線15で示してある。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、ロ
ボット１に着脱自在に取り付ける複数の加工工具14を配
置した加工工具台16が設けられている。加工工具14の数
は任意に設定できる。

【００１７】(2) コンベヤー台 図１及び３に示すように、加工ユニットには１対のコン
ベヤー台２ａ、２ｂが一直線上に配置されている。各コ
ンベヤー台２ａ、２ｂ上に複数設けられた木材搬送ロー
ラ21は、木材が存在するときだけ回転するようになって
おり、被加工木材Ｗ及びプレカット木材の搬入及び搬出
を行う。制御装置６の指示により、ローラ21の回転方向
は逆転できるので、加工条件に応じて各木材Ｗを前進又
は後退させることができる。

【００１８】(3) 木材位置決めストッパー 少なくとも下流側のコンベヤー台２ｂには一定間隔に複
数の木材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は上下動自在なロッド24
ａ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。ま
たストッパー22の突出部材として、平板状部材25の代わ
りにＬ字状の板状部材を用いても良い。

【００１９】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）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のロッドが上昇すると、板状部材25は包
絡面より上方に突出し、木材Ｗの前進又は後退を停止さ
せる。なお好ましい実施例では、複数のストッパー22は
下流側のコンベヤー台２ｂのみならず上流側のコンベヤ
ー台２ａにも、同様に一定間隔で設けられている。

【００２０】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。被加工木材Ｗの加工位置はロボットアーム11の
移動距離が最小になるように設定するのが好ましい。例
えば各ストッパー22の間隔が20cmで、ロボット１の加工
工具とコンベヤー台２ｂの端部との距離が70cmの場合
に、木材Ｗを先端から1.25ｍの位置で加工するために
は、コンベヤー台２ｂの端部から60cmの位置のストッパ
ー22を上昇させるとともに、ロボット１の加工工具の位
置を下流方向に５cmずらせば良い。ストッパー22により
停止した木材Ｗを加工するために移動するアーム11の最
大距離はストッパー22の間隔（20〜50cm）の半分以下で
あるので、位置決め作業が非常に効率的になる。

【００２１】(4) 木材固定手段 被加工木材Ｗの固定は、コンベヤー台２ａ、２ｂの内端
付近に位置する木材固定手段23ａ、23ｂにより行う。本
発明の好ましい実施例では、各木材固定手段23ａ、23ｂ
は左右及び上方の三方向から木材を押圧するバイス手段
（図示せず）を有する。一対の横バイス手段は同時に木
材Ｗの側面に当接する。横バイス手段が木材Ｗの側面に
当接する際、数回（２，３回）の前後動を行うことによ
り、木材Ｗの横方向の位置決めを正確に行う。また両横
バイス部材により水平方向の位置決めが行われた後で、
縦バイス部材が下降し、木材Ｗの上面を押圧することに
より垂直方向の位置決めを行う。このように水平方向及
び垂直方向の三方向から同時に木材Ｗに当接するので、
木材Ｗの位置決めは正確である。

【００２２】各木材固定手段23ａ、23ｂはさらに搬送中
の木材Ｗの上面を押圧するローラ装置28を具備する。ロ
ーラ装置28は接触する木材Ｗの移動につれて回転するよ
うになっているが、必要に応じて前進方向のみ回転する
ように逆転防止機構を有していても良い。ローラ装置28
は通常後退した位置にあるが、搬送されてきた木材Ｗを
センサー（図示せず）で感知すると下降し、木材Ｗの上
面に押圧するように接触する。これにより搬送中の木材
Ｗが横方向にずれるのが効果的に防止される。また逆転
防止機構を設けることにより、木材Ｗがスリップした
り、ストッパー22に当接した木材Ｗが逆方向へ移動する
のを防ぐことができる。

【００２３】(5) 可動式加工台 本発明の第一実施例の装置は、一対のコンベヤー台２
ａ、２ｂの内端から加工作業領域に延在するとともに上
下動可能な左右一対の可動式加工台３ａ、３ｂを有す
る。図３及び図４の例では可動式加工台３ａ、３ｂはそ
れぞれエアシリンダー33ａ、33ｂの作用により各コンベ
ヤー台２ａ、２ｂの内端付近を軸として上下に枢動自在
であるが、これに限定されず、例えば水平のまま移動す
る構造としても良い。

【００２４】各可動式加工台３ａ、３ｂには少なくとも
１つの木材搬送用ローラ31、及び少なくとも一方に１つ
以上の木材位置決め用ストッパー32が設けられている。
木材搬送用ローラ31は従動ローラとしてもよいが、制御
装置６の指示によりコンベヤー台に合わせて一斉に正転
又は逆転できるようにしても良い。これにより、木材Ｗ
を前進又は後退させることができる。また木材の切れ端
の排出を容易にするために、可動式加工台３ａ、３ｂが
下方へ旋回した時（図４参照）に下方向に回転させるの
が好ましい。

【００２５】少なくとも上流側の可動式加工台３ａには
少なくとも１つの突出自在なストッパー32が設けられて
いる。ストッパー32はＬ字状の板状部材を有するが、図
３に示すストッパー22と同一形状でもよい。図３に示す
ように、特に上流側の可動式加工台３ａの先端に突出自
在なストッパー32を設けるのが好ましい。先端に設けた
ストッパー32による停止により、各木材Ｗの先端は加工
作業領域のほぼ中心に位置し、加工工具14を支持するロ
ボットアーム11の移動距離が最小になる。

【００２６】木材Ｗの加工位置が異なる場合や木材Ｗの
後端の加工をする場合等に利用するために、可動式加工
台３ａにさらに別のストッパー（図示せず）を設けても
良い。また上流側の可動式加工台３ａに限らず下流側の
可動式加工台３ｂにも同様に少なくとも１つの突出自在
なストッパー（図示せず）を設けても良い。これは特に
木材Ｗの後端部の加工も行う必要がある場合等に役に立
つ。

【００２７】(6) 制御装置 本発明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。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）に基づき、アーム式
ロボット１のみならず、コンベヤー台２ａ、２ｂ、可動
式加工台３ａ、３ｂ、木材固定手段23ａ、23ｂ、ストッ
パー22、32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
作された設計情報を変換したものでも良い。

【００２８】[B] 加工ユニットの作動 まず各被加工木材Ｗの加工情報データ（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。次に制御装置６の指令
に基づいて被加工木材Ｗをコンベヤー台２ａに搬送す
る。木材Ｗが加工作業領域に達したら、ストッパー22、
32のいずれか１つを突出させて被加工木材Ｗの進行方向
の位置決めを行う。次いで木材固定手段23ａ、23ｂを作
動させて被加工木材Ｗを三方からしっかり把持・固定す
る。

【００２９】例えば、羽柄材等のように先端加工をする
場合、可動式加工台３ａの先端のストッパー32を突出さ
せる。また被加工木材Ｗの末端を加工する場合、被加工
木材Ｗを前進させてコンベヤー台２ｂ上の適当なストッ
パー22に当接させて停止させ、木材固定手段23ｂで固定
すれば良い。また可動式加工台３ｂの先端に設けたスト
ッパー22に当接させることにより被加工木材Ｗを停止・
固定しても、同様に正確な位置決めができる。さらに被
加工木材Ｗの中間位置を加工する場合、加工部位がロボ
ット１の加工作業領域内にあるように、コンベヤー台２
ｂの最適なストッパー22を突出させて被加工木材Ｗを停
止させ、固定装置23ａ及び／又は23ｂで被加工木材Ｗを
しっかり固定する。

【００３０】被加工木材Ｗのデータ及び使用したストッ
パーの位置に基づき、木材Ｗの加工位置を計算し、ロボ
ット１のアーム11を加工位置まで移動させる。加工工具
14を変更する場合には、加工工具台16上で所定の加工工
具14への交換を自動的に行う。被加工木材Ｗの加工は、
制御装置６に入力された加工手順のデータに基づき自動
的に行う。木材Ｗを加工する際には、図４に示すように
両可動式加工台３ａ、３ｂを下降させ、ロボット１の工
具の動きを妨げないようにする。

【００３１】被加工木材Ｗの加工が完了したら、得られ
たプレカット木材をコンベヤー台２ｂから次の加工ユニ
ットへ搬送する。切れ端Ｗ’は、必要に応じ切れ端排出
手段34を使用して、下のコンベヤー７上に落下させる。

【００３２】[2] 製造ライン [A] 第一実施例 (1) 加工ユニット 図５に概略的に示す第一実施例のプレカット木材の製造
ラインは、それぞれアーム式ロボットＲ₁ 〜Ｒ₅ を有す
る５つの加工ユニットＡ₁ 〜Ａ₅ を有する。この実施例
では、第一の加工ユニットＡ₁ は搬送コンベヤー７ａを
介して供給台４に連結しており、加工ユニットＡ₁ 〜Ａ
₅ はそれぞれコンベヤー７ｂ〜７ｋを介してシリアルに
連結されており、第五の加工ユニットＡ₅ はコンベヤー
７ｍを介して排出台５に連結している。隣接するコンベ
ヤー間には滞留コンベヤー８ａ〜８ｆが設けられてお
り、各滞留コンベヤー８ａ〜８ｆは木材加工のタイミン
グに合わせて木材Ｗを一時的に滞留させる機能を有す
る。供給台４より搬入される被加工木材Ｗは全ての加工
ユニットＡ₁ 〜Ａ₅ を通って所定の加工を施された後、
最終的にプレカット木材の排出台５に搬出される。

【００３３】ロボットの台数はもちろん５台に限らず、
任意の台数とすることができるが、ある程度の台数以上
であると、作業効率がそれ以上増えなくなる。逆に木材
Ｗの搬送時間などで総加工時間が増えてしまう。好まし
いロボットの台数は２〜10台である。

【００３４】一つの木材Ｗに異なる加工工具で複数の仕
口を加工する必要がある場合に加工能率を向上させるた
めに、全ての加工ユニットＡ₁ 〜Ａ₅ をシリアルに連結
するのが好ましい。しかし、加工箇所の少ない木材Ｗを
より早く搬送するために、一部の加工ユニットをパラレ
ルに連結したり、バイパスを設けても良い。例えば図５
の例において、コンベヤー７ｃと７ｊとの間に加工ユニ
ットＡ₂ 〜Ａ₄ をバイパスする中継コンベヤーを別途設
けてもよい。この場合供給台４への被加工木材Ｗの搬入
順序は、排出台５から取り出すプレカット木材の順序に
基準とし、各ロボットの稼働時間及びコンベヤー上の搬
送時間を考慮して設定する。

【００３５】(2) 被加工木材の供給台 被加工木材の供給台４はコンベヤー台２ａに連結し、加
工領域に被加工木材を供給する。作業者は加工順序を印
刷したリスト又はディスプレイ等で確認しながら、必要
な被加工木材を順番通りに供給台４にセットする。セッ
トされた被加工木材は制御装置６の指示によりコンベヤ
ー台２ａに搬送される。木材供給台４に鼻きりカットソ
ー等の予備加工装置を設けても良い。

【００３６】(3) プレカット木材の排出台 プレカット木材の排出台５では、仕口加工した木材（プ
レカット木材）を制御装置６の指示によりコンベヤー台
２ｂより搬出する。作業者はプレカット木材を予め設定
した組合せ及び順序で梱包する。

【００３７】上記構成要素以外にも、本発明のプレカッ
ト木材の製造ラインにはさらに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る。

【００３８】[B] 第二実施例 図６は、それぞれアーム式ロボットＲ₁ 〜Ｒ₄ を有する
４つの加工ユニットＡ₁ 〜Ａ₄ と、非ロボット式の木材
加工機械（専用機）Ｑを有する加工ユニットＡ₅ とを有
するプレカット木材の製造ラインを概略的に示す。但し
非ロボット式の木材加工機械（専用機）Ｑは、アーム式
ロボットのように加工工具が移動自在ではなく、前後動
又は上下動等の単純な動きをする工具保持手段により保
持された一種類又は場合によっては数種類の加工工具に
より木材を加工するようになっている機械である。

【００３９】この例では、供給台４より搬入された木材
Ｗは、それぞれアーム式ロボットＲ₁ 〜Ｒ₄ を有する４
つの加工ユニットＡ₁ 〜Ａ₄ と木材加工専用機Ｑを経て
加工された後、プレカット木材の排出台５に搬出され
る。供給台４、アーム式ロボットＲ₁ 〜Ｒ₄ を有する加
工ユニットＡ₁ 〜Ａ₄ 、木材加工専用機Ｑ及び排出台５
は、ローラーコンベヤー７ａ〜７ｍ及び滞留コンベヤー
８ａ〜８ｆによってシリアルに連結されているが、第一
実施例と同様に必要に応じて一部の加工ユニットをパラ
レルに連結しても、バイパスコンベヤーを設けても良
い。

【００４０】[3] プレカット木材の製造方法 [A] 加工の配分 (1) 第一実施例 図５に示すように、複数のロボットＲ₁ 〜Ｒ₅ がある場
合、木材Ｗの加工を適切に配分しないと十分な生産効率
を達成できない。本発明では各アーム式ロボットＲ₁ 〜
Ｒ₅ の工具交換時間が最小になるように木材Ｗの加工を
各加工ユニットＡ₁ 〜Ａ₅ に振り分ける。これにより、
プレカット木材の製造時間を最短にできる。図８は、第
一実施例の場合に各加工ユニットＡ₁ 〜Ａ₅ に木材加工
を分配する方法を示すフローチャートである。以下各工
程について詳細に説明する。

【００４１】(A) プレカット木材の仕口の種類及び数の
集計 この実施例の方法により得られるプレカット木材の一例
を図７に示す。このプレカット木材には、１個のカマオ
ス61、２個のマリメス62、１個の火打ぼり63、４個の筋
交い彫り64、３個のホゾ穴65、４個の間柱ガキ66、１個
のマリオス67の計16個の仕口がある。このように１本の
木材に多数の仕口を加工することが多い。このような場
合に対応するために、まず加工すべき木材の全ての仕口
の種類とそれぞれの数を集計する。ここでは仕口の種類
をｎ_a 個とし、各仕口の数をａ_i個（ただし、ｉ＝１〜
ｎ_a ）とする。

【００４２】(B) 工具の種類及び各工具による仕口加工
数を求める 次に各仕口を加工するために必要な工具の種類と、各工
具による加工時間を調べる。例えば火打ぼりを形成する
場合、ストレート工具とドリルの二種類の工具が必要で
あるが、その加工時間を例えばストレート工具で39秒
間、及びドリルで10秒間と設定する。このように全ての
仕口加工に必要な工具を決め、かつ各工具による加工時
間を設定する。表１に具体例を示す。

【００４３】 表１ 仕口別加工時間（秒）の例 加工工具 仕口 ストレート ドリル マリメス マドアリ ノコ歯 火打ぼり ３９ ２０ ０ ０ ０ 筋違い ３９ １７ ０ ０ ０ ホゾ孔 ２５ ０ ０ ０ ０ マリメス ０ ０ １７ ０ ０ 間がき ０ ０ ０ １７ ０ 長さカット ０ ０ ０ ０ １９

【００４４】表１に示すように、火打ぼり及び筋違いは
二種類の工具を必要とする。ホゾ孔と火打ぼりとはとも
にストレート工具を用いるが、それによる加工時間は異
なる。

【００４５】全ての木材を加工するのに必要な工具の種
類をｎ_b とすると、各工具の仕口加工数ｂ_j は式(1) ： ｂ_j ＝Σ（ｂ_i,j ×ａ_i ） ・・・(1) （ただし、ｉ＝１〜ｎ_a であり、ｊ＝１〜ｎ_b であり、
ｂ_i,j は仕口ｉにおいて工具ｊを用いる場合は１で用い
ない場合は０となる係数である。）で表わすことができ
る。

【００４６】また工具_j による総加工時間ｔ_j は式(2)
： ｔ_j ＝Σ（ｂ_i,j ×ａ_i ×ｔ_i,j ） ・・・(2) （ただし、ｉ、ｊ及びｂ_i,j は式(1) の定義と同じであ
り、ｔ_i,j は仕口ｉにおける工具ｊの加工時間（単位：
秒）である。）で表わすことができる。ｔ_i,j の値の例
は表１に示してある。

【００４７】(C) 総加工時間の算出 以上で求めた各工具による総加工時間を合計し、全工具
による総加工時間の合計Ｔ’を式(3) ： Ｔ’＝Σｔ_j ・・・(3) （ただし、ｊ＝１〜ｎ_b である。）から求める。

【００４８】次に工具の交換に要する時間を求めるが、
ロボットアーム11の先端の工具ホルダー又はアダプター
13に丸のこ等の着脱式の工具の他にドリル等の同種の標
準工具が取り付けてある場合には、標準工具も計算に含
める。常備されている標準工具に切り換える時間はほと
んどゼロである。また予め各ロボットに異なる着脱式の
加工工具を１つずつ取り付けておく。そうすると、工具
交換の最少回数は工具数からロボットの数及び標準工具
の数を差し引いた値になる。ロボットの標準工具の数を
αとし、ロボットの台数をｃとすると、工具交換の最少
回数ｎ_d は式(4) ： ｎ_d ＝ｎ_b −ｃ−α ・・・(4) により表わされる。

【００４９】式(4) でｎ_d が０以下となる場合には、必
要な着脱式工具の数はロボットの台数以下であるので、
着脱式工具を交換する必要はない。従って、工具交換の
最少時間を含めた総稼働時間ＴはＴ’と同じになる。一
方、ｎ_d が１以上となれば、１回の工具交換時間をｔ_d
とすると、工具交換の最少時間を含めた総稼働時間Ｔは
式(5) ： Ｔ＝Ｔ’＋ｎ_d ×ｔ_d ・・・(5) により表される。

【００５０】(D) ロボット１台当たりの平均稼働時間の
算出得られた総稼働時間をロボットの台数ｃで割ると、
式(6) ： Ｔ_av＝Ｔ／ｃ ・・・(6) により、ロボット１台当たりの平均稼働時間Ｔ_avが得ら
れる。この平均稼働時間Ｔ_avは最短の加工時間を示すも
ので、この平均稼働時間Ｔ_avを目安に各ロボットに加工
を振り分ければ、最短時間で加工することができる。な
おコンベヤーによる木材の搬送及び木材の位置決め並び
に固定に要する時間はいずれも短い上に、どの仕口加工
に対してもほぼ同程度であるため、最短加工時間の計算
結果にほとんど影響がない。そのためこれらの時間は上
記計算に入れていない。

【００５１】(E) 加工数順に工具をソート 各ロボットの稼働時間が平均稼働時間以内になるよう
に、ロボットに工具を割り当てる。しかし任意に割り当
てると、同じ工具が異なるロボットで用いられる場合が
あり、各ロボットでの工具の交換時間が増えてしまう。
従って、本発明では工具別の加工数ｂ_j （ｊ＝１〜
ｎ_b ）を降順又は昇順にソートしてから、順番にロボッ
トに割り当てる。

【００５２】(F) 各ロボットへの工具の割り当て 工具別の加工数ｂ_j を降順又は昇順にソートしたものを
ｂ’_j とし、同時に各ｂ’_j に対応する工具別の総加工
時間をｔ’_j （ｊ＝１〜ｎ_b ）とする。工具１は１台目
のロボットに割り当てる。但しここでいう１台目のロボ
ットは必ずしも生産ラインの最上流に位置するロボット
Ｒ₁ ではなく、最初に工具を割り当てるロボットという
意味である。従って、複数のロボットＲ₁ 〜Ｒ₅ のうち
の任意の１台でよい。工具１による総加工時間ｔ’₁ と
１台目のロボットの平均稼働時間Ｔ_avとを比較する。

【００５３】(F-1) ｔ’₁ ＞Ｔ_avの場合 ｔ’₁ ＞Ｔ_avであれば、１台目のロボットが工具１で最
後まで加工すると平均稼働時間Ｔ_avより短くなる。この
場合、１台目のロボットに工具１を割り当て、加工時間
がほぼＴ_avとなるように加工仕口数ｃ₁ を振り分ける。
その結果、工具１での残り加工数はｂ’₁ −ｃ₁ とな
り、残り加工時間はｔ’₁ −Ｔ_avとなる。この残り部分
を二台目のロボットに割り当てて、二台目のロボットに
ついて上記(F) から工具の割り当てを繰り返す。

【００５４】(F-2) ｔ’₁ ≦Ｔ_avの場合 ｔ’₁ ≦Ｔ_avで、かつｔ’₁ ＋ｔ_d （工具交換時間）が
Ｔ_avより長ければ、１台目のロボットが工具１で最後ま
で加工し、工具を交換すると平均稼働時間Ｔ_avを超え
る。この場合、１台目のロボットに工具１を割り当て、
工具１の全加工数を１台目のロボットに割り当てる。そ
の結果、工具１での残り加工数は０となる。工具２を二
台目のロボットに割り当てて、二台目のロボットについ
て上記(F)から工具の割り当てを繰り返す。

【００５５】(F-3) ｔ’₁ ＋ｔ_d （工具交換時間）＜Ｔ
_avの場合 この場合、１台目のロボットが工具１での最後まで加工
し、工具を変えてさらに加工できる。１台目のロボット
に工具１を割り当て、工具１の全加工数を１台目のロボ
ットに割り当てる。その結果、１台目のロボットの残り
加工時間はＴ_av−ｔ’₁ −ｔ_d となる。次に、残余の工
具２〜ｎ_b から、総加工時間ｔ’_j が１台目のロボット
の残り加工時間Ｔ_av−ｔ’₁ −ｔ_d より少ない工具ｊを
検索し、１台目のロボットに割り当てる。これを繰り返
すと、最終的にどの残余の工具による総加工時間もロボ
ットの残り加工時間より長くなる。そこで残余の工具の
うち、任意の一つの工具、例えば番号の小さい工具ｍを
１台目のロボットに割り当て、加工しきれない工具ｍの
残り部分を二台目のロボットに割り当て、二台目のロボ
ットについて上記(F) から工具の割り当てを繰り返す。

【００５６】このように全てのロボットに割り当てるま
で繰り返し、最終的に全てのロボットに工具を割り当て
る。このように割り当てることによって、工具の交換回
数を最少に押さえ、ほぼＴ_avという最短時間で木材を加
工することができるようになる。

【００５７】(2) 第二実施例 図９はロボットと木材加工専用機とが共存する場合の被
加工木材の配分方法を示すフローチャートである。この
場合の製造工程を以下詳細に説明する。

【００５８】(G) 木材加工専用機の加工時間の計算 木材加工専用機が加工する仕口をｋとし、単位加工時間
をｔ”_k とし、木材加工専用機が加工する仕口ｋの数を
ａ”_k とする。木材加工専用機が仕口ｋを全量加工する
場合、ａ”_k ＝ａ_k となるが、この場合木材加工専用機
の台数をｅとすると、木材加工専用機１台当たりの平均
稼働時間Ｔ”_k は式(7) ： Ｔ”_k ＝ａ”_k ×ｔ”_k ／ｅ＝ａ_k ×ｔ”_k ／ｅ ・・・(7) により表わされる。

【００５９】(H) ロボットの平均稼働時間を求める次に
上記仕口ｋを除いた時のロボットの平均稼働時間Ｔ_avを
上記[A] (2) の(A) 〜(D) と同じ手順で求める。

【００６０】(I) 木材加工専用機の平均稼働時間とロボ
ットの平均稼働時間との比較木材加工専用機の平均稼働
時間Ｔ”_k とロボットの平均稼働時間Ｔ_avとを比較す
る。

【００６１】(I-1) Ｔ”_k ≦Ｔ_avの場合 この場合木材加工専用機が仕口ｋを全量加工してもロボ
ットより早く終了するので、木材加工専用機に仕口ｋの
全量を加工させる。

【００６２】(I-2) Ｔ”_k ＞Ｔ_avの場合 この場合、木材加工専用機が仕口ｋを全量加工すると、
最終的にロボットが木材加工専用機の終了待ち状態にな
る。従って、仕口ｋの一部をロボットに加工させる。木
材加工専用機の平均稼働時間がロボットの平均稼働時間
と同じになるように計算すると、木材加工専用機の加工
する仕口ｋの数ａ”_k は式(8) ： ａ”_k ＝（Ｔ_av＋ａ_k ×ｔ_k ／ｃ）／（ｔ”_k ／ｅ＋ｔ_k ／ｃ） ・・・(8) （ただし、ｔ_k はロボットで仕口ｋを加工する場合の加
工時間である）のようになる。

【００６３】そしてロボットが加工する仕口ｋの数はａ
_k −ａ”_k であり、ロボットの新しい平均稼働時間Ｔ’
_avは式(9) ： Ｔ’_av＝Ｔ_av＋（ａ_k −ａ”_k ）×ｔ_k ／ｃ となる。

【００６４】(J) ロボットへの工具の割り当て 上記第一実施例の工程(E) 及び（F)と同じ手順で、各ロ
ボットの総稼働時間が平均時間以内になるように、ロボ
ットに工具を割り当てる。一方、木材加工専用機が複数
の場合、各台の加工する仕口の数を等量に配分する。

【００６５】このように仕口加工のそれぞれの加工ユニ
ットに割り当てることによって、加工速度の速い木材加
工専用機の長所と加工種類の多いロボットの長所をとも
に生かしながら、短時間で木材を加工することができ
る。

【００６６】[B] 製造手順 まず、各被加工木材Ｗの加工情報データ（サイズ、仕口
の形状、加工手順、使用工具等）を制御装置６に入力
し、上記[3] [A] に記載した方法でロボットに工具の割
り当てを行う。

【００６７】作業者は木材供給台４に被加工木材Ｗを導
入すると、制御装置がその木材の加工に必要な工具をデ
ータベースより選定し、上記工具配分にしたがって加工
すべきロボット及び／又は木材加工専用機を決定し、ロ
ボット及び／又は木材加工専用機に指示する。木材が各
加工ユニットＡ₁ 〜Ａ₅ 又は木材加工専用機Ｑ（使用す
る場合のみ）まで搬送されると、ロボット及び／又は木
材加工専用機が指示に従って加工を行う。完成したプレ
カット木材は排出台５へ搬送される。

【００６８】以上のようにして、予定した全ての木材の
仕口加工を自動的に行い、排出台５に搬出する。本発明
の方法を用いれば、最短時間で加工できるとともに、プ
レカット木材の加工順序を木材の建築現場での組み立て
順序と逆にしたり、あるいは組み立てし易いようにグル
ープ化して梱包することができる。そうすることによ
り、建築現場でプレカット木材を探したり並べ替えたり
する手間が省ける。

【００６９】

【発明の効果】本発明のプレカット木材の製造ライン及
び製造方法は、加工時間が最短になるように各加工ユニ
ットのアーム式ロボットに工具を割り当てるので、ロボ
ットの工具交換時間が最短になり、効率よくプレカット
加工することができる。このような特徴を有する本発明
のプレカット木材の製造ライン及び製造方法は、プレハ
ブ住宅用に大量にプレカット木材を製造する場合のみな
らず、注文建築のように１棟ごとに異なる建築物に使用
するプレカット木材を少量製造する場合にも、好適であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の加工ユニットに使用するプレカット
木材の製造ラインを概略的に示す平面図である。

【図２】 本発明の加工ユニットに使用するアーム式ロ
ボットの一例を示す側面図である。

【図３】 本発明のプレカット木材の製造ラインに使用
する加工ユニットの一例を示す概略側面図である。

【図４】 図３に示す加工ユニットの可動式加工台が下
方へ旋回した状態を示す概略側面図である。

【図５】 本発明の第一の実施例によるプレカット木材
の製造ラインの全体構成を示す概略図である。

【図６】 本発明の第二の実施例によるプレカット木材
の製造ラインの全体構成を示す概略図である。

【図７】 プレカット木材の一例を示す斜視図である。

【図８】 第一の実施例によるプレカット木材の製造方
法において、各ロボットへ工具を割り当てる方法を示す
フローチャートである。

【図９】 第二の実施例によるプレカット木材の製造方
法において、各ロボットへ工具を割り当てる方法を示す
フローチャートである。

【図10】 プレカット木材の仕口の一例を示す斜視図で
ある。

【図11】 アーム式ロボットを使用した従来のプレカッ
ト木材の製造装置を概略的に示す平面図である。

【符号の説明】

１、Ｒ₁ 〜Ｒ₅ ・・・アーム式ロボット ２ａ、２ｂ、７ａ〜７ｍ・・・コンベヤー台 ４・・・被加工木材の供給台 ５・・・プレカット木材の排出台 ６・・・制御装置 ８ａ〜８ｆ・・・滞留コンベヤー Ａ₁ 〜Ａ₅ ・・・加工ユニット Ｑ・・・木材専用加工機 Ｗ・・・木材

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１つの加工工具を交換自在に
   支持するアームを具備するロボットを有する複数の加工
   ユニットが搬送コンベヤーを介して連結してなるプレカ
   ット木材の製造ラインにおいて、各ロボットの工具の稼
   働時間及び交換時間の合計が前記加工ユニット間で平均
   化されるように、前記プレカット木材の仕口の加工種類
   と加工数が各加工ユニットに割り振られ、前記加工工具
   が各ロボットに割り振られていることを特徴とする製造
   ライン。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のプレカット木材の製造
   ラインにおいて、各加工ユニットは前記搬送コンベヤー
   を介してシリアルに連結されていることを特徴とする製
   造ライン。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のプレカット木材の製造
   ラインにおいて、前記搬送コンベヤーは、滞留コンベヤ
   ーを介して連結してなる一対のコンベヤーからなり、前
   記滞留コンベヤーは加工のタイミングに合わせて木材を
   一時的に滞留させる機能を有することを特徴とする製造
   ライン。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載のプレカ
   ット木材の製造ラインにおいて、さらに非ロボット式木
   材加工専用機を有する少なくとも１つの加工ユニット
   が、アーム式ロボットを有する前記加工ユニットに搬送
   コンベヤーを介して連結していることを特徴とする製造
   ライン。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載のプレカ
   ット木材の製造ラインにおいて、前記木材加工専用機の
   加工工具がカッターであることを特徴とする製造ライ
   ン。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかに記載のプレカ
   ット木材の製造ラインにおいて、少なくとも１つの加工
   ユニットを迂回するバイパスコンベヤーを有し、排出台
   から取り出すプレカット木材の順序を基準とし、各ロボ
   ットの稼働時間及びコンベヤー上の搬送時間を考慮して
   被加工木材の搬入順序を設定することを特徴とする製造
   ライン。
7. 【請求項７】 少なくとも１つの加工工具を交換自在に
   支持するアームを具備するロボットを有する複数の加工
   ユニットを用いて多種のプレカット木材を製造する方法
   において、(1) 前記プレカット木材の仕口の数及び種類
   を集計し、(2) 前記仕口の数及び種類に基づいて、加工
   工具の種類及び各加工工具による総加工時間を求め、
   (3) 前記加工工具の種類と前記ロボットの数（ただし各
   ロボットに同種の標準工具が追加されている場合には、
   ロボットの数＋標準工具の数）とを比較し、前記加工工
   具の種類の方が多ければ、超過数の加工工具の交換時間
   を前記総加工時間に加算して、ロボットの総稼働時間を
   求め、(4) 前記総稼働時間を前記ロボットの数で除算す
   ることにより、ロボット１台当たりの平均稼働時間を求
   め、(5) 各ロボットにおける総加工時間が前記平均稼働
   時間とできるだけ等しくなるように、前記加工工具を複
   数のロボットに配分し、(6) 搬送コンベヤーを経て前記
   加工ユニットを順次通過させることにより、被加工木材
   に順次仕口加工を施こすことを特徴とするプレカット木
   材の製造方法。
8. 【請求項８】 少なくとも１つの加工工具を交換自在に
   支持するアームを具備する複数のロボットを有する複数
   の加工ユニットと、木材加工専用機を有する少なくとも
   １つの加工ユニットとを用いて、多種のプレカット木材
   を製造する方法において、(1) 前記プレカット木材の仕
   口の数と種類を集計し、(2) 前記木材加工専用機が行う
   べき仕口加工に対して平均加工時間を計算し、(3) それ
   以外の仕口の数及びその加工に要する加工工具の種類に
   基づいて、各ロボットの総加工時間を計算し、(4) 前記
   加工工具の種類と前記ロボットの数（ただし各ロボット
   に同種の標準工具が追加されている場合には、ロボット
   の数＋標準工具の数）とを比較し、前記加工工具の種類
   の方が多ければ、超過数の加工工具の交換時間を前記総
   加工時間に加算して、ロボットの総稼働時間を求め、
   (5) 前記総稼働時間を前記ロボットの数で除算すること
   により、ロボット１台当たりの平均稼働時間を求め、
   (6) 前記木材加工専用機の平均稼働時間と前記ロボット
   の平均稼働時間とを比較し、前記木材加工専用機の平
   均稼働時間の方が短かい場合には、前記木材加工専用機
   に前記専門仕口の全量を加工させ、前記木材加工専用
   機の平均稼働時間の方が長い場合には、前記木材加工専
   用機の平均稼働時間が前記ロボットの平均稼働時間と等
   しくなるように前記木材加工専用機の仕口加工数を計算
   するとともに、残余の仕口について再度ロボットの平均
   稼働時間を求め、(7) 各ロボットにおける総加工時間が
   前記平均稼働時間とできるだけ等しくなるように、前記
   加工工具をロボットに配分し、(8) 搬送コンベヤーを経
   て前記加工ユニットを順次通過させることにより、被加
   工木材に順次仕口加工を施こすことを特徴とするプレカ
   ット木材の製造方法。
9. 【請求項９】 請求項７又は８に記載のプレカット木材
   の製造方法において、前記加工ユニットを前記搬送コン
   ベヤーを介してシリアルに連結することを特徴とする製
   造方法。