■技術論文■

船殻曲り外板の計測・評価システムの実用化－計測作業の標準化と板曲げ精度の定量化－
Practical application of measurement and evaluation systemfor curved shell plate
技術研究所 生産技術研究 G

丹後義彦

TANGO Yoshihiko

呉事業所 造船部 船殻 G山内

概友矢

YAMAUCHI Tomoya

要

船体前後部の 3 次元曲面を形成する曲り外板は曲りブロック組立て時のベース板（基準）になるためその曲げ加工精度は曲りブロックの精度および品質を左右する。一方でその外板の曲げ加工精度は「断面曲げ型」を立てて作業者自身が目視で確認している。そのため作業者によって評価結果がばらつき、精度記録が残らないという課題がある。当社は「計測作業の標準化」と「曲げ加工精度の定量化」を目的とし、レーザスキャナを用いて実用的かつロバストな曲り外板計測・評価システムを開発した。さらに大型コンテナ船の曲り外板の精度計測に活用し、曲げ加工精度および工数の改善に有効であることを確認した。

Summary
Since the shell plate constituting a three-dimensional curved surface at the fore and aft part of
the hull becomes the base plate for assembly of curved block, the bending accuracy of the shell plate
affects the assembly accuracy and quality of the curved hull block. Alternatively the accuracy after
bending the shell plate is visually confirmed by the workers themselves with several templates set
up on it. Hence, there are problems that evaluation results differ depending on the worker’s skill,and measurement record does not remain. In order to realize "standardization of measurement
work" and "quantification of bending accuracy", we introduced a laser scanner and developed apractical and robust measurement and evaluation system for curved shell plate. Furthermore, weimproved the bending accuracy, quality and man-hour by utilizing the system to construction oflarge-container ships.
る。そのためブロックの組立精度が船殻の最終精度お1. 緒

言

よび品質を左右すると言っても過言ではない。

船体は工場の設備能力に適した大きさのブロックにそのブロック組立てで最も時間を要しているのが図分割して屋内で組立てられた後に屋外の船台やドック

1 に示す外板ベースで組立てられる船体の前後部を構内で積み木のように順次積み上げて（搭載）建造され成する曲りブロックである。
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③ねじれ：全曲げ型の見通線を平面にする

設計形状に合わせて高さ調整されたピン治具上に曲げ加工後の外板を並べて溶接で一枚の大板にする。そ断面曲げ型は、板全体の曲がりの方向や曲がり具の大板の上にブロックの曲面形状に合わせて切断、あ合を確認するためには簡便な定規であるが、下記よるいは曲げ加工された内構材を配材、溶接して曲りブり精度管理上の課題がある。

ロックを製作する。

①サイズの大きい板は目視では見え難い

外板の曲げ加工精度不良はピン治具上に配材した時②曲げ型のない部分は作業者が予測しているのギャップや目違いの原因となる。それを無理やり矯③板の傾斜がきつくなると曲げ型の設置が難しい

正するとその皺寄せが後工程の内構材の取付けやブロ④目視確認のため精度記録が残らない

ック搭載時に取合い不良として現れるため、外板の曲⑤経年劣化（ガス炎や冷却水に曝される）げ加工精度は非常に重要である。
縦曲り（見通点）

現在この精度計測は曲げ加工された外板上に図 2に示すように数枚から 10 枚程度の「断面曲げ型」

ねじれ（見通線）を立てて作業者自身が目視で行っている。そのため作業者によって評価結果がばらつき、さらに目視確

横曲り認ゆえに精度記録が残っていないのが実態である。

図 3 断面曲げによる精度確認
Fig.3 Accuracy check by template of Cross-section

2.2 曲り外板計測・評価システムの実用化
2.2.1 レーザスキャナ
図 1 曲り外板ベースのブロック組立て
Fig.1 Block assembly on the curved shell plate

レーザスキャナはレーザ光が計測対象点とスキャナの間を往復する時間を計測することで距離を算出し、同時にレーザ光を照射した方向（鉛直角と水平角）をこの外板曲げ加工精度の「計測作業の標準化」と計測することで計測対象点の 3 次元空間座標を取得「曲げ加工精度の定量化」を実現するために 3 次元する。レーザ光の照射方向を制御することにより三脚レーザスキャナを導入して、実用的かつロバストな曲などのスキャナ固定部分を除く全天球の計測が可能でり外板計測・評価システムを開発した。さらに大型コある。

ンテナ船の曲り外板の精度計測に活用して、曲げ加工

2000 年以降、レーザ光が往復する時間の計算に必精度および工数改善に有効であることを確認した。

要な高速半導体素子の低価格化により急速に普及した。
短時間に大量点（1,000,000／秒）の座標が取得可能になり、広範囲の 3 次元曲面を製作する造船でも、曲面計測に活用する研究開発 1)～2) が行われ始めたのもこの頃である。
当社も「鋼板曲げ加工の技術化／自動化」の研究で

図 2 断面曲げ型

2008 年にレーザスキャナを導入して自動鋼板曲げ加Fig.2 Template of Cross-section

工装置に搭載する計測評価システムを開発した。本稿で紹介するシステムは当時のシステムを人間系の曲り外板計測・評価システム用に改良したものである。

2. 曲り外板の精度確認方法
2.2.2 点群抽出

2.1 断面曲げ型

レーザスキャナは指定した計測分解能（角度ピッ従来の断面曲げ型を用いた精度確認方法を図 3 にチ）でレーザ光の照射方向を変えながら、指定した範示す。断面曲げ型は適切な計測機器がなかった時代に囲を計測するため、計測対象物以外にも計測範囲にあ設計形状に曲げるために考えられた定規で、最終的にる盤木や曲げ型のなどの不要な点も含まれる。

は次の①から③を満足するように曲げていく。

船体は滑らかな曲面で形成されているので、図 5①横曲り：曲げ型の底辺のカーブに一致させるに示すように角度変化（θ）と点の距離（ｄ）によっ②縦曲り：全曲げ型の見通点を一直線にするて計測点群の連続性を判定して曲り外板上の点（ ●-2-JMU テクニカル・レビュー No.4

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の点 ）のみを抽出する。点群抽出フローと抽出した発にあたって以下を考慮した。

鋼板上の点群を図 6 に示す。

①計測・評価時間
計測から結果表示までの所要時間は 5 分／枚②評価システムのロバスト性
システムエラーゼロ（作業者負担の軽いものはルールを決めて運用）③ユーザライクなグラフィカルインターフェース
簡単操作、シンプルな結果表示画面

図 5 点群の判定④ライン運用Fig.5 Determination of point cloud

設計 CAD や現場の工程データベースとリンク⑤ハードウェアのロバスト性【全計測点群】

防水、防塵、防振2.2.5 現場導入システム
当社の呉事業所に導入した計測装置の写真を Fig.8に示す。スキャナ移動用ガーダの長さは 32m、高さは 7m で板曲げ定盤全体をカバーする。

【鋼板上の計測点群】

図 6 点群抽出フロー
Fig.6 Flowchart of Point cloud extraction

2.2.3 計測点群と設計形状の位置合わせ

図 8 計測装置

当社は 1990 年から外板曲げ加工の技術化／自動化

Fig.8 Measuring deviceに取組んでおり、目的形状に曲げるための加熱位置や条件を数値化した加熱方案、さらには計測して得られ作業者は板曲げ定盤の横に設置されたタッチパネルる途中形状から設計形状までの仕上げ加熱方案を弾性式操作盤で「番船 ⇒ ブロック ⇒ 板名 ⇒ 作業者

FEM 解析で求める仕組みを開発した。その流れより名」を順次選択し、続いて表示される板曲げ定盤の画

本システムの設計形状は FEM モデルで表している。

面で計測対象板が置かれている概略位置をタッチする

この FEM モデルに計測点群をマッチングさせて両と 3 分から 5 分で計測から評価までを行って定盤横者の形状差を評価する。その処理フローを図 7 に示の大型モニタに評価結果を表示する。

す。

「実用化条件」への対応「①計測・評価時間」に対しては、対象板のサイズと置かれた位置によって計測時間に比例するスキャナの水平角を制御して計測時間を短縮した。さらに評価時間に影響する取得点群も必要な範囲のみ取り込んで処理している。
評価が失敗する原因の多くは点群抽出のミスである。
「②評価システムのロバスト性」については、図 9に示すように板の形状と設置場所によって変化するレ

図 7 点群のマッチング処理

ーザ入射角から点群抽出パラメータ（図 5 のθとFig.7 Matching of point cloudd ）を求めて適切な計測分解能を決定している。
2.2.4 造船現場での実用化条件
造船現場で毎日使用される高度な計測システムの開-3-

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図 12 に 14,000TEU 型コンテナ船の船首部曲りブロックの過去 9 隻（同型船）の曲げ加工精度を示す。
横軸は番船、縦軸は当該ブロックを構成する外板 8枚の平均得点を示している。
SNo.9 番船以降は全て 90 点以上であり曲げ加工精度は確実に改善されている事が分かる。

図 9 レーザ入射角
Fig.9 Consideration of laser incident angle

2.2.6 評価結果の表示内容
評価結果の表示画面を図 10 に示す。設計形状との(a) 1 回目の評価結果(a) First evaluation result

形状差を表すカラーコンター図、両者の差の平均値、標準偏差、最小値、最大値、ヒストグラムと、板全体の中で±5 ㎜以内に納まっている範囲の割合を 100
点満点で得点表示する。さらに作業者が詳細に確認したい場合は任意断面の設計形状と計測形状の撓みのグラフを表示することも可能である。

(a) 修正後の評価結果(b) Evaluation result after correction
図 11 精度改善
Fig.11 Accuracy improvement

図 10 評価結果
Fig.10 Evaluation result
図 12 曲げ加工精度の推移
Fig.12 Accuracy changes for plate bending

3. 活用効果
3.1 加工精度

3.2 工数の推移

従来の断面曲げによる精度確認でほぼ完成状態の板部材切断からブロック搭載までの一連の流れの中でを本システムで計測評価した結果と、その結果を見て上流工程での作り込みによるトータル工数削減が本取修正した後の計測評価結果を図 11 に示す。本システり組みの狙いなので次工程の組立て工数と作業性も合ム活用により精度が大幅に改善されていることが分かわせて評価する。

る。カラーコンター図を見ると悪い個所、特にねじれ

過去 11 隻分の曲げ工数とブロック組立て工数の推の過不足が一目瞭然であり仕上げ作業支援としても有移を図 13 に示す。これより本システムの導入により効である。
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組立て工数は改善されたことが分かる。

2) 中垣憲人、菅原晃佳、稗方和夫、大和裕幸、ソン

また組立て作業性についても外板をピン治具上に並ショウギョク：レーザスキャナによる曲り外板のべた時の取合い不良や内構材を大板の上に配材した時工作精度評価システムの研究開発（第 2 報）
、日の外板との肌付きも大幅に改善され、船殻建造工程全

本船舶海洋工学会論文集、第 17 巻、pp169-176、体としてメリットがあることを確認できた。

(2013)

丹後 義彦

山内 友矢

図 13 曲げ工数と組立工数の推移
Fig.13 Changes in Man-hours for plate bending
and block assembly

4. 結 言現行の断面曲げ型による曲り外板の精度確認作業は目視確認のため作業者によって評価結果がばらつき、精度記録も残らない、という精度管理上の大きな課題がある。当社は「計測作業の標準化」と「曲げ精度の定量化」を実現するためにレーザスキャナを組み込んだ実用的でロバストな曲り外板計測評価システムを開発した。さらにそのシステムを当社の呉事業所に導入して大型コンテナ船の曲り外板の精度計測に活用し、曲げ加工精度および工数改善（曲げ工数＋組立て工数）に有効であることを確認した。
対処的活動に止まりがちであったこれまでの精度改善が、ブロック組立ての基準となる曲り外板の精度改善と精度定量化により、生産設計から切断、曲げ、組立ての一連の流れで精度を追跡し、精度不良の原因究明と恒久対策を講じる本来の活動に深化した。
本システムの実用化は船全体の建造精度および品質改善の第一歩である。今後はセンサー技術やモニタリング技術を活用し、精度を確保しながらブロックを組立てるための精度モニタリングの仕組み作りに取り組む予定である。

参考文献
1) 稗方和夫、大和裕幸、笈田佳彰、榎本昌一、古川慈之，牧野有紀、杉廣武俊：レーザスキャナによる曲り外板の工作精度評価システムの開発、日本船舶
海洋工学会論文集、第 13 巻、pp231-238、(2011)-5-

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