JP2003530232A - アッセンブリィ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 第１の部品（４０）上のアッセンブリィポイントＰの位置決めをする方法であって、このアッセンブリィポイントでは該第１の部品が第２の部品１に接合させることとなり、該方法は次の段階で構成されている：第２の部品に関してアッセンブリィ位置（１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ）を決める段階と；第１の部品の表面（４３）の部分（４２ａ，４２ｂ，４２ｃ）を測定する段階、ただしこの表面は第２の部品からは間隔がとられていて、それによりその表面の位置と配向とが定義されるようになっているものとする；第１の部品の表面上のアッセンブリィポイントを計算する段階、ただし、ここで第１の部品の表面はが該決められたアッセンブリィ位置と第１の部品の表面との間を通るベクトル（Ｎ）によって交差されているものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

この発明はアッセンブリィ（組立て）プロセスにおけるアッセンブリィポイン
トの位置決めをする方法に係り、これに限定するわけではないが、とくに航空機
を一緒にまとめあげるアッセンブリィのような、産業用アッセンブリィプロセス
におけるドリル孔あけ（ドリリング）場所にマーク（しるし）を付ける方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】

これまでの大規模なアッセンブリィプロセス（組立て方法）で航空機産業やド
ックヤードで採用されているものでは、大きな構造物に部品を固定する（取付け
る）ことがしばしば必要とされている。

【０００３】 航空機のアッセンブリィ方法の場合には、例えば大形の旅客機のウィング（翼
）用のウィングボックスはその長さが３０ｍにも及ぶ。この構造物がもつ大きな
寸法が原因となって、この構造物上の位置を高精度で測定することは達成し難い
。ウィングスキン（外板）がこのようなウィングボックスに固定されることにな
るときには、２つが固定に先立って一緒にクランプされて、構造物のウィングス
キン側から正確に場所を判断することが本質的な事項とされ、ウィングスキンを
通ってウィングボックスのリブ（翼小骨）の支持脚に達するように取付け孔をド
リル孔あけする場所を決めるようにされている。

【０００４】 このプロセスは通常はいくつかの別個の操作で達成されている。先ず、最終直
径よりも小さな案内孔を所望の場所に、ウィングスキンを差出す前にリブ脚内に
ドリル孔あけすることができる。第２に、ウィングスキンを場所に置いた状態で
、パイロット孔がウィングボックスの内側からウィングスキンを通って外側に、
“バックドリリング”として知られているプロセスによって、ドリル孔あけされ
る。第３にこのパイロット孔を用いて、リブ脚内に前もってドリル孔あけされた
案内外の位置が推定される。最後に、ウィングスキンの外側からウィングスキン
を通って支持用リブ脚にまでアッセンブリィ孔をドリル孔あけすることが開始さ
れることになる。

【０００５】 しかしながら、もし案内孔の配向が、局部的なウィングスキン表面に対して、
不十分な精度で推定されるとすると、アッセンブリィ孔はリブ脚にドリル孔あけ
される案内孔を完全に境界線で囲めなくなる。このことは“ピップした（pipped
，ふき出したもののある）”孔をなる。その結果は大きな寸法のドリル刃を用い
て再孔あけが必要となり、“ピップした”孔を修正することになる。しかしなが
ら、アッセンブルされる構造物がストレスを受けている構造物であると、大きな
寸法のドリル孔あけの効果はその構造物のサービス寿命を減縮させることになる
。

【０００６】 したがって、アッセンブリィ場所を正確にしるしをつける方法が必要とされ、
これが先行技術のシステムの不利益をいくつも克服する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

第１の特徴によると、この発明は第１の部品が第２の部品にそこで接合される
ことになる該第１の部品上のアッセンブリィポイントを位置決めする方法にあり
、この方法は次の段階を備えている： 該第２の部品に関してアッセンブリィポイントを測定して決める段階と；さらに
該第１の部品の表面の部分を測定する段階と、ただしこの表面は該第２の部品か
らは間隔がとられていて、それにより該表面の位置と配向とを定義するようにな
っているものとし； 該第１の部品の表面上でアッセンブリィポイントとして、該第１の部品の表面が
該決められたアッセンブリィ位置と該第１の部品の表面との間を通るベクトルに
よって交差するところを計算する段階と、該第１の部品の表面上の該計算された
アッセンブリィポイントを表示する段階とを備えていることを特徴としている。

【０００８】 好都合なのは、この発明が正しいポイントを正確に識別する実効的な方法を生
じさせていることであり、このポイントを通って第１の部品が別な部品に固定さ
れたり、組立て（アッセンブリィ）させたりされる。この発明の方法を用いると
、例えば組立て孔が正しい場所で正しい角度で第１の部品の表面上にドリル孔あ
けでき、それによって組立て孔が該別の部品の選ばれた組立て孔を所望の角度で
正確に通るようにする。したがって、この発明の方法は不正確なドリル孔あけや
他の固定プロセスの可能性を減らしていて、そうでないと固定されている部品内
に欠陥を生じたりあるいは部品をスクラップにする可能性の原因となってしまう
ことを減らしている。

【０００９】 さらに、この発明はアッセンブリィプロセスを完了させるのに必要とされる時
間を減らせるようにしていて、その理由はこの発明の方法を用いることによって
、第１の部品上の正しいアッセンブリィポイントを識別するために“バックドリ
リング”に頼ることを要しないことがある。

【００１０】 第２の特徴によると、この発明は第１の部品が第２の部品１にそこを通って接
合されることになる該第１の部品上のアッセンブリィポイントを位置決めする方
法であって：該方法は、 該第２の部品に関してアッセンブリィ場所を決める段階と； 該第１の部品が該決められたアッセンブリィ場所に重なって、該第２の部品とア
ッセンブリィするために第１の部品を差出す段階とを備え、さらに、該第２の部
分から間隔をとった第１の部品の表面の部分を測定して、それにより該表面の位
置と配向とを定義することと； 該第１の部品の表面が該決められたアッセンブリィ場所と該第１の部品の表面と
の間を通るベクトルにより交差されるところを、該第１の部品の表面上のアッセ
ンブリィポイントと計算することと； 該第１の部品の表面上の計算されたアッセンブリィポイントを表示することとの
段階を特徴としている。

【００１１】 この方法は、さらに第２の部品に対して固定された基準点を決める段階を備え
ている。オプションとしてアッセンブリィ場所を決める段階と、基準位置を測定
して決める段階とは第１の位置におかれた測定装置によって実行され、また基準
位置を測定して決める段階と、第１の部品の表面の一部を測定する段階とは第２
の位置に置かれた該測定装置もしくは他の測定装置によって実行される。第１と
第２の位置から測定する段階は、第２の部品とを一緒にするアッセンブリィのた
めの第１の部品を差出して第１の部品を所定のアッセンブリィ場所に重ねる別の
段階に続いて実行される。

【００１２】 好ましいのは、この発明がレーザトラッカのような非接触技術もしくは装置を
用いて実施されて、第２の部品上のアッセンブリィポイントの位置を定義するよ
うにすることである。また、レーザトラッカのような同じ装置が、（１）第２の
部品に重なるときには第１の部品の位置と配向を測定し、（２）第１の部品の表
面上のアッセンブリィポイントの位置を計算し、（３）その計算された位置を表
示するために使用されることが好ましい。

【００１３】 好都合なことには、これが急速に能力を生じさせて、単一の操作で、アッセン
ブルされることになる部品の１つの上で多数位置に関する場所を識別しかつそれ
をレーザトラッカのような装置と関係しているメモリ内に記憶させるようにする
。したがって、アッセンブリィ操作の速度は従来技術の方法の速度よりも大幅に
増大できる。加えて、この方法の１段階で測定される位置と配向とはこの方法の
後の段階で簡単に使用できて、それがまた操作の精度と速度とを増している。

【００１４】 オプションとして、少くとも１つの測定する段階か表示する段階かが既知の位
置の測定装置により実行される。便利なのは、アッセンブリィ場所を決める段階
がさらに既知の位置の測定装置から第２の部品と関係する基準位置へのベクトル
と距離とを測定し、かつ測定した基準位置に対するアッセンブリィ場所の位置を
記憶したＣＡＤデータを用いて決める段階を備えていることである。

【００１５】 オプションとして、第１の部品の表面の位置と配向が所定のやり方で前記決め
られたアッセンブリィ場所に限られている第２の部品の表面の位置と配向とに関
係していることを確認する段階を備えている。

【００１６】 アッセンブリィ場所を決める段階が第２の部品内に置かれた案内孔に関して支
持された逆反射器を用いて実行されてよい。

【００１７】 少くとも１つの測定段階か表示する段階が非接触技術を用いて実行される。好
都合なのは少くとも１つの測定段階か表示する段階がレーザトラッカ装置を用い
て実行されてよいことである。

【００１８】 オプションとして、この方法はさらに表示されたアッセンブリィポイントでア
ッセンブリィ孔をドリル孔あけする段階を備えている。

【００１９】 この方法はさらに表示されたポイントで溶接をする段階を備えてよい。

【００２０】 この発明はまた、この発明のプロセスによって製造された製品にも展開され、
その製品は複数の部品をもつ構造物、航空機、航空機用翼、及び船体といった海
用構造物などをあげることができる。さらにこの発明はまた計算機プログラムと
計算機プログラム製品にも展開され、これらのものはこの発明のシステムを実現
するようにされている。

【００２１】 この発明の他の特徴と実施形態であって、対応する目的と利点とを備えたもの
は以下の記述と、特許請求の範囲とから明らかになるであろう。この発明の特定
の実施形態を添付の図面を参照し、例だけに限ることとして記述して行く。

【００２２】

【発明の実施の形態】

図１を見ると、航空機ウィングボックスのリブの単一のリブ脚１が示されてい
る。リブ脚１の上側表面３は平面状である。この図から見ることができるように
、４つの案内孔１ａ，１ｂ，１ｃ及び１ｄがリブ脚１内でドリル孔あけされてい
て、その位置は最終のアッセンブリィ孔の所望位置であって、ウィングスキンを
留めるために使用される。案内孔１ａ〜１ｄは通常のドリル用ブロック（図示せ
ず）を用いてドリル孔あけされ、このドリル用ブロックはリブ脚１の表面に対し
て垂直に案内孔が確かにあけられるようにするのに使用される。案内孔１ａ〜１
ｄの直径は精密な許容値であけられる。これが孔の位置が、以下に記述するよう
にウィングスキン（図示せず）を差出す前に正確に設定できることを確保してい
る。

【００２３】 案内孔１ａ〜１ｄの位置を設定することがこの実施形態でレーザトラッカ装置
と逆反射器、あるいはコーナーキューブのシステムを用いて達成される。レーザ
トラッカはLeica社のＬＴＤ５００でよく、これは適切な逆反射器と適切なオペ
レーテングソフトウェア（例えば、Leica Geosystems Ltd, Davy Avenue, Knowl
hill, Milton Keynes, MK5 8LB, UK在からの“ＡＸＹＺ”のようなソフトウェア
）とで利用可能とされている。

【００２４】 測定技術でよく知られているように、レーザトラッカ装置は３次元で位置を測
定することができて、方位角、仰角（高度）及び距離として測定され、そこでは
操縦可能なミラーとレーザ干渉計測距装置（システム）が使用される。

【００２５】 レーザトラッカにより測定された位置は、逆反射器もしくはコーナーキューブ
として知られる逆反射性（レトロレフレクティブ）ターゲットの位置によって規
定される。このターゲットはそこへの入射光を１８０°反射するもので、入射角
に独立して方位角にも仰角にも共に１８０°反射する。当業界でよく知られてい
るように、逆反射器は球面状の外側表面をもつマウント内に設置される。したが
って、逆反射器とマウントの直径についての知識はレーザトラッカと逆反射器の
中心との間の距離を正確に計算できるようにする。

【００２６】 図２と３とを参照するとして、この実施形態における各案内孔１ａ〜１ｄの位
置を設定する方法を記述して行く。

【００２７】 孔１ａ〜１ｄの位置を測定する前に、ウィングボックスは適当なジグ内にしっ
かりと固定され、自由に動くことができないようにされるか、あるいは周囲の状
態の変化に従うものとされる。これは案内孔１ａ〜１ｄの位置と配向とが固定さ
れて安定したものとなるようにし、この実施形態の方法を実施する間に変ること
がないようにすることが確実に行なわれるようにする。

【００２８】 レーザトラッカ（図示せず）もまた測定ステーション内に設定されて、その位
置と基準配向とがウィングボックスに関して変らないことを確実にしている。加
えて、レーザトラッカの設定は、ウィングボックスの関心のある各点を直接視線
の中に入れるような位置をとっている。

【００２９】 図２から分るように、アダプタ２１がリブ脚１の孔１ａの中に置かれている。
アダプタ２１はピン２１ａとカップ（コップ）２１ｂとで構成されている。ピン
２１ａは精密機工がされていて形は円筒状であり、案内孔１ａ内にぴったりと嵌
め合っている。したがって、アダプタは案内孔１ａによって所定の深さまで受け
入れられるようになっている。アダプタ２１のカップ２１ｂは精密に形成されて
いて、ピン１ａに対する設定位置で対応する直径の逆反射器２２を保持するよう
になっている。

【００３０】 こうして、逆反射器２２がアダプタカップ２１ｂ内に位置付けされるときには
、逆反射器２２の中心はリブ脚１の表面から既知の距離“ｄ”の位置にあって、
孔１ａの長手方向軸線上に置かれ、言い換えると逆反射器２２は案内孔１ａ上の
中心に置かれている。

【００３１】 レーザトラッカ（図示せず）をトラッカモードで使用して、逆反射器２２はレ
ーザトラッカ（バードバス（bird bath：小鳥の水浴用水盤）として知られてい
る）上の校正された基準位置から、図２に示すように、アダプタ２１のカップ２
１ｂ内に置かれるようになるまで移動される。逆反射器２２の位置は、レーザト
ラッカによって測定されると、記録される。これはＬＴＤ５００のようなレーザ
トラッカ上の点測定モードを用いるか、あるいは手操作で行なうことができる。

【００３２】 図３には、３次元空間内の点が表面３内の孔１ａに対して示されていて、それ
が参照符号１ａ′としてある。

【００３３】 記録した位置１ａ′（すなわち逆反射器２２の中心の位置）は、（図１に示し
たように）リブ脚１の表面３に垂直な既知の距離であり、孔１ａの長手方向軸に
沿って置かれている。図２と３とに示した距離“ｄ”は逆反射器２２と接触して
いるアダプタカップ２１ｂのベースと表面３との間の距離に逆反射器２２の半径
を加えたものに対応している。

【００３４】 ポイント１ａ′の位置は３つの自由度に限り測定される。いうなれば、測定ポ
イント１ａ′に関して、表面３内での孔１ａの配向についての情報は何も与えら
れない。しかし、２つの別なリブ脚孔について上述のプロセスを繰り返すことに
よって（この場合は図３に示すように孔１ｂと１ｃとについてプロセスを繰返す
ことによって）、２つの別な等価ポイント１ｂ′と１ｃ′とが位置決めされる。
３つのポイント１ａ′〜１ｃ′が平面３０を定義づけ、この面内では、各測定ポ
イントが位置決めされていて、リブ脚１の表面３と平行になっている。

【００３５】 平面３０は上で説明したように距離“ｄ”だけリブ脚１の表面から既知の方向
にオフセットして（ずれて）いる。したがって、配向は孔１ａ〜１ｃの位置と一
緒に計算することができて、平面３に対して垂直な既知の方向にそれぞれの測点
ポイント１ａ′〜１ｃ′から与えられた距離“ｄ”のところにあるとされる。

【００３６】 その他の孔１ｄの位置と配向とは、また同じ様なやり方で計算することができ
る。

【００３７】 平面３０は代って上と同じやり方で４つ以上の孔の位置と測定することによっ
てまた面３０を定義するために最小自乗法アルゴリズムを用いることによって求
めることもできることは理解できよう。

【００３８】 さらに、表面３が平面でないときには、表面上で多くの数の場所を測定するこ
とによって、平面３０と等価な平面でない表面を生成することもまた可能である
。表面はそのときは通常の数学的方法を用いて測定された位置に適合させること
ができる。このような平面でない表面からは、案内孔１ａ〜１ｄの位置と配向と
が上述のように設定できる。

【００３９】 必要とされる各案内孔の位置と配向とが設定されるときには、ウィングスキン
は差し出されて（offered up、一緒にする）、通常のやり方でウィングボックス
に対して位置決めされてクランプされて、アッセンブリィに供される。差し出し
プロセスの間に、組合されたウィングボックス／ウィングスキン構造物は固定さ
れかつ安定して保持されなければならない。

【００４０】 ウィングスキンが位置にクランプされるときには、ウィングスキンは局部的に
平面状であると仮定されてよく、この場所では各リブ脚と重なっている。しかし
、ウィングプロフィル（輪郭）が曲っていると、２つの与えられたリブ脚の外側
表面（リブ脚１の表面３）の配向は共平面状とはならないことがある。したがっ
て、ウィングスキンの背後で所与の案内孔と同軸となるようにウィングスキンを
通ってドリル孔あけをするために、リブ脚の配向、もしくは局部的なウィングス
キン表面はそれが許されるようにしなければならない。加えて、ウィングスキン
の厚さはウィングスキン上のはっきりとしたドリル用ポイントを変更するが、そ
の条件はマークを付ける方法が関係する案内孔の長手方向軸上でない位置からド
リル用ポイントを眺めている場合である。

【００４１】 図４と５とを参照して、案内孔１ａ〜１ｄと同軸ドリル孔あけができるように
する、ウィングスキンの外側にドリル用場所を位置決めするプロセスを記述する
が、ここではウィングスキン表面の厚さと配向とが考慮されることになっている
。

【００４２】 図４はウィングスキン４０の上側表面４０ａの部分的な斜視図であり、ウイン
グスキン４０はウィングボックスに差し出されて、リブ脚１（図示せず）に重な
っており、これがアッセンブリィ孔をドリル孔あけする前の状態である。

【００４３】 孔１ａ〜１ｄの位置と配向とを見付けるために前述したのと同じやり方で、リ
ブ脚１に局部的に重なっているウィングスキン４０の外側表面４０ａによって定
義付けられる平面の方程式が決められる。言い換えると、トラッカモードでレー
ザトラッカを用いて、逆反射器２２が校正された基準位置からリブ脚１と重なっ
ているウィングスキン４０の表面４０ａと接触する位置まで移動され、そこでポ
イント測定が前述のように行なわれる。このポイントが図４で参照番号４２ａと
してある。この目的のために、リブ脚１内の孔１ａ〜１ｄの位置をレーザトラッ
カは記憶しているので、リブ脚１と重なっているウィングスキン４０の外側表面
４０ａの第１の近似位置を示すためにそれを使うことができる。

【００４４】 ２以上の測定（参照符号４２ｂ，４２ｃ）が同じ領域上で行われてウィングス
キン表面４０ａからオフセットした平面４３と定義している３以上の非共直線点
（直線上にない点）を定義するのにあてられる。これが図４に示されている。

【００４５】 ウィングスキン４０の局部的な平面状の表面は、逆反射器２２の半径“ｒ”だ
け既知方向にある平面と平行にあって、そこからオフセットしている。

【００４６】 したがって、平面４３の方程式で、ウィングスキン４０の外側表面４０ａを定
義しているものが標準的な幾何学的手法を用いて定義できる。

【００４７】 平面４３の方程式はそこでリブ脚１の支持表面の平面３を定義する方程式と比
較される。ウィングスキンが正しく固定用に差し出され（一緒にされ）たとする
と、２つの平面は平行であって、ウィングスキンの厚さだけオフセットしている
ことになる。もしこうなっていないと（すなわち、リブ脚１とウィングスキンと
の間に“空隙（ギャッピング）”を生ずると）、また許容値を外れたずれがある
と、差し出しプロセスが繰返される。

【００４８】 平面４３に対する方程式が定義されると、差し出しプロセスが正しく実行され
たことが確認されると、ドリル用ポイントがウィングスキン４０の上側表面４０
ａ内でマーク付けされるために計算される。このやり方は以下による。

【００４９】 図５を見ると、図４のウィングスキン４０の模式的な斜視図が示されていて、
そこには支持用のリブ脚１も一緒に示されている。各案内孔１ａ〜１ｄに対して
、標準の幾何学的技法を用いてベクトルが計算され、このベクトルは長手方向軸
に沿って案内孔の中心を通っており、ウィングスキンの局部的な表面に対して垂
直であり、図４に示すように平面４３に対して垂直となっている。

【００５０】 このベクトルは孔１ａについて矢印“Ｎ”として図５では示されている。

【００５１】 ベクトル“Ｎ”が平面４３と交わるところでは、ウィングスキン表面４０ａ上
でドリル用ポイントが定義される。再び標準の幾何学的技法が用いられてベクト
ル“Ｎ”による平面４３の交差が計算される。このポイントが図５では“ｐ”と
参照符号が付けられている。さらに、ベクトル（図示せず）がレーザトラッカ位
置から各ドリル用ポイント“Ｐ”を通って計算される。

【００５２】 レーザトラッカは次に今度はこうした計算されたベクトルの各々に沿ってレー
ザを方向付けるために使用されて、それにより、計算されたドリル用点の各々に
対する投影位置“Ｐ”上にレーザが当るようにする。

【００５３】 オペレータはそこで鉛筆の十字しるし（ペンシルクロス）でドリル用ポイント
にマーク付けができるし、あるいは別の適当な方法を用いてすることができて、
これが投影されたレーザスポットによって示されることになる。

【００５４】 最後に、ドリル孔あけ操作が行なわれて局部的なウィングスキン表面に垂直な
角度でドリル孔あけが、各マークを付けたドリル用ポイントでウィングスキンを
通って、行なわれる。これが前述のように通常のドリル用ブロックを用いて達成
される。

【００５５】 ウィングスキンが、この発明の方法の実施により、ウィングボックスと組立て
られて完全な部品集合体であるウィングアッセンブリィを形成したときには、２
つのこのような部品集合体であるアッセンブリィが航空機胴体上にマウントされ
て通常のやり方で航空機を形成することができる。

【００５６】 この実施形態では、各リブ脚と局部的に重なっているウィングスキンの外側表
面の平面の方程式をポイント測定モードを用いて設定するのに代って、連続モー
ドでレーザトラッカを用いることが可能であることが理解できる。（このモード
では数多くの測定が毎秒行なわれて）ウィングスキンの外側表面と連続的に接触
してまたその表面上で“ジグザグに”保持されている逆反射器をトラッキングす
る。したがって、１つの操作でウィングスキンの外側表面の大きな部分のいずれ
の部分についてもその位置と配向とを決めるために十分速く測定値を得ることが
可能である。そこで前述したように、ベクトルがウィングスキンの局部的な表面
に垂直な各案内孔の中心点から計算することができる。

【００５７】 この発明を実施するためにはポイント１ａ〜１ｄの位置と同じように配向を計
算する必要がないことが理解されよう。その理由は３つの自由度が知られている
１つのポイントがベクトル“Ｎ”を決めるためには十分であり、このベクトルは
そのポイントを通り、局部的なウィングスキン表面に垂直な角度でウィングスキ
ンと交わるものである。しかしながら、ポイント１ａ〜１ｄの位置と同じように
配向を計算することによって、リブ脚１の表面３とウィングスキンの表面４０ａ
とが共平面であることのチェックが上述のように行なえる。したがって、この実
施例の方法を用いて、ウィングスキンが正しくウィングボックスに対してアッセ
ンブリィ前に差し出されていることを確認することが可能である。

【００５８】 これに代って、この発明は第２の実施形態に従って使用されて、リブ脚１内の
下にある孔１ａ〜１ｄに対応してウィングスキン４０上の位置にマークを付ける
ことができ、その場合にウィングスキン４０はリブ脚１に前もって差し出されて
いるものとする。図６と７とを参照すると、レーザトラッカがリブ脚１の後方で
第１の場所に位置決めされている。このポイントでは、ウィングスキン４０はす
でにリブ脚１に差し出されていて、したがってインシトゥ（本来の位置）にある
。アダプタ２１と逆反射器２２とは３つの基準場所５０ａ〜５０ｃの間を後に移
動して、これらの基準点は“Ａ”としるしを付けた方向でリブ脚１の前部からと
、“Ｂ”としるしを付けたリブ脚１の後からとの両方から見ることができる。３
つの基準場所５０ａ〜５０ｃはレーザトラッカにより第１の実施形態について前
述したのと同じやり方で測定されて、次のように基準フレーム５１を定義するた
めに使用される。

【００５９】 基準フレーム５１を定義している基準座標系の原点となるように第１の基準位
置（場所）５０ａが採用される。第１の基準位置５０ａと第２の基準位置５０ｂ
（Ｖ_ab）が計算されて、基準座標系のｘ軸として採用される。第３の基準位置５
０ｃは基準座標系のｘｙ−平面上のどこかにあることになるので、第１の基準位
置５０ａと第３の基準位置５０ｃとの間のベクトルが計算されて（Ｖ_ac）、Ｖ_ab とＶ_acとの乗積（クロスプロダクト）が計算される。定義によると、乗積は基準
座標系のｚ軸を定義するベクトルを与えねばならない。最後にｙ軸がｚ軸とｘ軸
との乗積をとることにより計算される。

【００６０】 そこで、ｘ−，ｙ−及びｚ−軸の係数が正規化されて単位ベクトルを作るよう
にされて、第１の４×４マトリックスが形成され、そこにはｘ−，ｙ−及びｚ−
軸の単位ベクトルが第１の３つの列の第１の３つの行の中に含まれていて、第４
の列は第１の基準位置５０ａ（原点）の座標を含んでいる。第４の行の第１の３
つの列はゼロに設定され、第４の行の第４の列は１に設定される。この第１の４
×４マトリックスはレーザトラッカにより測定されたいずれもの位置を第１の位
置から基準座標系内のある位置に変換するために使用できるものとなっている。

【００６１】 第１の４×４マトリックスが定義されると、アダプタ２１と逆反射器２２とは
リブ脚１内のいくつかの孔１ａ〜１ｄ内に置かれ、それらの位置５２はレーザト
ラッカにより測定される。前のように、レーザトラッカで測定される位置は逆反
射器の中心の位置であり、この位置は所望の孔の軸上でのリブ脚の後面から距離
“ｄ”である。必要であれば、第１の４×４マトリックスで第１のレーザトラッ
カ位置を基準座標系に関係付けるものが使用されて、基準座標系に関して測定さ
れた孔の位置１ａ〜１ｄを定義するようにできる。

【００６２】 次にレーザはリブ脚１の前方から第２の位置へ移動される。この第２のレーザ
トラッカ位置から、リブ脚１はウィングスキン４０の背後に隠れている。アダプ
タ２１と逆反射器２２とは同じ３つの基準位置５０ａ〜５０ｃの間で移動され、
これらの位置に依然として同じ基準フレーム５１を定義しており、それらの位置
は同じやり方でレーザトラッカによって測定される。上述と同じプロセスが実行
されて基準座標系を定義し、第２の４×４マトリックスが上述のように形成され
る。この場合に、第２の４×４マトリックスは第２の位置でのレーザトラッカに
より測定された位置を基準座標系と関係付けており、第１の位置でのレーザトラ
ッカにより測定された位置を基準座標系と関係付けるという、第１の４×４マト
リックスの実行する機能ではない。

【００６３】 リブ脚１とウィングスキン４０との背後の第１の位置からレーザトラッカが測
定したリブ脚１の孔１ａ〜１ｄの位置は、今ではリブ脚１とウィングスキン４０
との前方の新しい第２の位置に関して計算できる。これには第１のレーザトラッ
カ位置で測定した孔の位置を第２のレーザトラッカ位置に関する孔の位置に関係
付ける第３の４×４マトリックスを形成することにより達成がされる。この第３
の４×４マトリックスは第２の４×４マトリックスを第１の４×４マトリックス
の逆マトリックスと乗算することにより形成される。第１のレーザトラッカ位置
で測定した孔の位置は次に第３の４×４マトリックスにより前もって乗算されて
（測定された位置のｘ−，ｙ−及びｚ−位置を含んでいる第４の要素マトリック
スを形成することによる、ここで第４の要素組を１とする）、第２のレーザ位置
に関する孔の位置を得るようにする。

【００６４】 各測定した孔１ａ〜１ｄに対応しているウィングスキン４０の外側表面４０ａ
上の必要とされる位置は今度は次のように示される。こういったポイントは幾何
学的には測定された孔の位置と直線によって結ばれていて、この直線はウィング
スキン４０の外側表面４０ａに対して垂直に延びていることを覚えていてほしい
。

【００６５】 逆反射器２２はレーザトラッカバードバス（小鳥の水浴槽）から移動して、ウ
ィングスキン４０の外側表面４０ａと接触して置かれ、外側表面４０ａの上にす
り合わされる。レーザトラッカは逆反射器２２を連続して追跡し、ソフトウェア
は連続して逆反射器位置から孔位置までの距離を計算し、この距離を表示する。
逆反射器２２は表面上で手操作ですり合わされて、この距離が最小とされる。最
小の距離がそこてで局部的な座標系についての原点として設定され、これが局部
的な曲率を反映することになる。最小距離が見付かるので、この原点は孔の位置
（すなわちリブ脚１の後方面での孔１ａ〜１ｄの中心）をほぼ通るウィングスキ
ン４０の外側表面４０ａからの垂直な直線上にあることになる。しかしながら、
この原点は依然として精度上は許容できる公差の外にあってもよく、ウィングス
キン４０の外側表面４０ａの局部的な曲率は相対的に小さいものである。

【００６６】 局部的な基準座標系を用いることにより、改善された位置が見付けられる。こ
れは逆反射器２２を、例えば１０ｍｍ、といった短距離だけ局部的な基準座標系
の所望のｘ−軸に対応する方向に移動することによって定義される。この位置が
測定され、原点からのベクトルが計算され、次にこれがｘ−軸を定義する。ｘｙ
−平面を定義している近似的なｙ−軸で真の直交ｙ−軸でないものが同じやり方
で定義される。ｘ−軸と近似的なｙ−軸とは直交している必要はない局部的な基
準座標系が次に局部的な原点と局部的なｘ−軸と近似的なｙ−軸とを用いて計算
され、そのやり方は基準座標系が先に計算されたのと同じである。局部的な基準
座標系は、定義によりウィングスキン４０の外側表面４０ａの局部的な曲率を表
わしている。上記したのと類似のやり方でレーザトラッカの第２の位置に関して
知られている位置が局部的な基準座標系に変換できる。

【００６７】 ウィングスキン４０の外側表面４０ａ上の必要とされる位置は、逆反射器２２
をもう一度外側表面４０ａに対して置き、逆反射器２２を外側表面４０ａ上でこ
すり合わせることによって見付けられる。レーザトラッカは第２の位置に留まっ
て、毎５０ｍ秒に逆反射器２２の位置の測定を行ない、各新しい読みに対して局
部的な基準座標系の原点を新しい位置にリセットして、局部的な座標系変換をさ
れによって再計算する。このことは単に古い原点を新しい位置に並進移動するこ
とにより行なわれる。ウィングスキン４０の外側表面４０ａの曲率は局部的な面
積上では平坦に留まっているので、この変換での局部的な座標フレーム軸の回転
の必要性は無視できる。

【００６８】 第１のレーザトラッカ位置での孔位置の以前の測定値はそこで局部的な基準座
標系に変換される。もし逆反射器２２が正しい位置にあると、変換された孔の位
置はゼロのｘとｙ座標をもつことになり、垂直なｚ方向にだけ変移している。そ
うでなければ、ｘとｙ座標はｘとｙとで距離を示していて、逆反射器２２が所望
ポイントから離れていることである。この距離情報は両方とも表示ができて、そ
れにより逆反射器２２は所望ポイントまで手操作で移動されるようにできるか、
あるいは、もし逆反射器２２が動力付きテーブル内に保持されていれば、所望ポ
イントまで逆反射器２２を駆動するために使用されるようにできる。所望ポイン
トはそこでウィングスキン４０の外側表面４０ａ上にマークを付けられる。これ
に代って、ドリル孔あけのような操作がその位置で直接的に実行できる。例えば
、逆反射器２２が動力付きテーブル内に保持されている場合には、逆反射器２２
は移動されるようにできて、ドリルの刃がドリルブロックを用いてその場所でド
リル孔あけに使用される。ドリルはこうしてウィングスキン４０の外側表面４０
ａに垂直に入ることになり、そのポイントではリブ脚１の後方から対応している
孔１ａ〜１ｄの正しい中心を通って入り込むようにされている。

【００６９】 この発明の第２の実施形態と関係して上述した計算はまたこの発明の第１の実
施形態でも等しく使用できることは理解されよう。

【００７０】 上記の実施形態から明らかなことは、この発明がどのように実効をあげるかと
いうことの単なる例にすぎない。他の多くの代替がこの発明の範囲の中で当業者
にとって明らかであろう。

【００７１】 例えば上記の実施形態はドリル孔あけする場所にマークを付ける方法を参考と
して記述してきたが、溶接といった他の各種のアッセンブリィ方法に関連して使
用することもできる。

【００７２】 さらに、上記の実施形態では案内孔が位置情報を得るためにドリル孔あけされ
て、後にウィングスキンを通ってドリル孔あけされるアッセンブリィ孔をどこに
位置すべきかの情報を得るものとされていたが、この機能を受るための他の方法
が代って採用できる。例えば、アダプタを用いて逆反射器を案内孔から既知の量
だけずれたところに置くようにするのに代って、“ランドファインダ（土地発見
器）”とかジグで、逆反射器を所望ドリル孔あけ位置と既知の対応をもつ位置に
支持するものが、リブ脚に関して所定位置に一時的に保持されるようにすること
ができる。このやり方は、案内孔ドリル孔あけを不要とするようにでき、したが
って“ピップした”孔を生じさせる可能性をなくし、アッセンブリィ動作を完了
するのにかかる時間を減らしている。

【００７３】 さらに、オペレータはアッセンブリィ動作の前に基準座標系のレーザトラッカ
での測定を行うことができる。これはオペレータにとってアッセンブリィ動作中
に基準座標系の測定を繰返してレーザトラッカもアッセンブリィもいずれもが初
期位置から動いていないことを確認するようにする可能性を与えている。さらに
、このことをすることによって、単一のトラッカがいくつかの測定ステーション
間で移動できて、その後に大きなアッセンブリィプロセスに対処するために初め
の方の測定ステーションに戻ってくることができるようになる。このようなプロ
セスでは、レーザトラッカの測定ステーション間の位置の差が既知の基準位置を
用いて検出されるようにできて、それにより補償ができる。これは例えば航空機
とか船舶のような大きな構造物のアッセンブリィ動作では必要とされることであ
る。

【００７４】 技術をもった読者は、この発明がアッセンブルされるべき部品についてのＣＡ
Ｄデータを用いて実施することもできることは現実のものとできよう。このよう
な実施形態では、コンプライアントでない（従順性のない）構造にとっては固定
用に第２のもしくは別の部品を差し出す前に第１の部品に対する選ばれた基準位
置を測定することだけが必要とされる。ＣＡＤデータがそこで使用されて、第１
の部品上のアッセンブリィ位置を位置決めした基準ポイントに関して決め、その
際に各アッセンブリィポイントを個別に測定することを要しない。さらに、別の
基準位置を固定のために第１の部品に差し出される部品に関して測定することに
より、ＣＡＤデータが差し出される部品の表面位置と配向とを定義するために使
用できる。こうしてＣＡＤデータを用いることにより、必要とされる測定の数が
大幅に減らされて、このプロセスを実行するのに要する時間が減らされる。

【００７５】 技術をもつ読者はまたこの発明がレーザトラッカ以外の測定機器を用いて実効
をあげられることを理解できよう。例えば、与えられた応用として、測定される
距離と必要とされる精度が許容されるとすると、レーザストリッパが代って使用
されてよいし、または実際にプログラマブルレーザポインタとか、等価な装置を
用いるいずれもの測定技術が使用できる。この発明のこのような実施は、コスト
と時間とが効率的なマーク付け方法を提供し、産業上でのアッセンブリィ位置に
マークを付け、この分野では一般に部品の寸法としたがって測定距離とが低減さ
れる。その例は自動車産業である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ウィングスキンと組立てる前のウィングボックスリブの脚部の模式的な斜視図
。

【図２】 図１のリブ脚部に予めドリル孔あけした案内孔内に置かれたアダプタによって
支持された逆反射器の側面図。

【図３】 定義されたリブの表面とともにした図１のリブ脚部の支持表面の模式的な斜視
図。

【図４】 ドリル孔あけする前の、図１のリブ脚部に固定するために位置まで差出された
ウィングスキンの外側表面の部分図。

【図５】 図４の模式的な斜視図であり、下側にあるリブ脚部がウィングスキン上のドリ
ル孔あけ点と一緒に示されている図。

【図６】 ウィングスキンの背後の位置からウィングスキンに取付けられる前の、ウィン
グスキンに対向して置かれたリブ脚の模式的斜視図。

【図７】 図６の模式的斜視図であるが、ウィングスキンの上面の位置からのものであり
、今では隠れてしまったリブ脚部の位置も示されている図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＯ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ， ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，Ｐ Ｔ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ， ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ウォーカー、キャロル・アン イギリス国、ビーエス32・０イーイー、ブ リストル、ブラッドリー・ストーク、ペリ ーズ・リー 21 (72)発明者 アンダーソン、ジョン・スチュアート イギリス国、ビーエス６・７エーエー、ブ リストル、レッドランド、クランサイド・ アベニュー ５ Ｆターム(参考） 3C036 LL08

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の部品（４０）が第２の部品（１）にそこで接合される
   ことになる該第１の部品上のアッセンブリィポイント（Ｐ）を位置決めする方法
   であって： 該第２の部品に関してアッセンブリィポイント（１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ）を測
   定して決める段階と； 該第１の部品の表面（４３）の部分（４２ａ，４２ｂ，４２ｃ）を測定する段階
   と、ただしこの表面（４３）は該第２の部品からは間隔がとられていて、それに
   より該表面の位置と配向とを定義するようになっているものとし； 該第１の部品の表面上でアッセンブリィポイントとして、該第１の部品の表面が
   該決められたアッセンブリィ位置と該第１の部品の表面との間を通るベクトル（
   Ｎ）によって交差するところを計算する段階とを備えた方法。
2. 【請求項２】 第１の部品（４０）が第２の部品１にそこを通って接合され
   ることになる該第１の部品上のアッセンブリィポイント（Ｐ）を位置決めする方
   法であって：該方法は、 該第２の部品に関してアッセンブリィ場所（１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ）を決める
   段階と； 該第１の部品が該決められたアッセンブリィ場所に重なって、該第２の部品とア
   ッセンブリィするために第１の部品を差出す段階とを備え、さらに、該第２の部
   分から間隔をとった第１の部品の表面（４３）の部分（４２ａ，４２ｂ，４２ｃ
   ）を測定して、それにより該表面の位置と配向とを定義することと； 該第１の部品の表面が該決められたアッセンブリィ場所と該第１の部品の表面と
   の間を通るベクトル（Ｎ）により交差されるところを、該第１の部品の表面上の
   アッセンブリィポイントと計算することと； 該第１の部品の表面上の計算されたアッセンブリィポイントを表示することとの
   段階を特徴とする方法。
3. 【請求項３】 さらに第２の部品に対して固定された基準点を測定して決め
   る段階を備えた請求項１記載の方法。
4. 【請求項４】 前記アッセンブリィ場所を決める段階と、基準位置を測定し
   て決める段階とは第１の位置におかれた測定装置によって実行され、また基準位
   置を測定して決める段階と、前記第１の部品の表面の一部を測定する段階とは第
   ２の位置に置かれた該測定装置もしくは他の測定装置によって実行される請求項
   ３記載の方法。
5. 【請求項５】 前記第１と第２の位置から測定する段階は、第２の部品との
   アッセンブリィのための第１の部品を差出して第１の部品を所定のアッセンブリ
   ィ場所に重ねる別の段階に続いて実行される請求項４記載の方法。
6. 【請求項６】 少くとも１つの測定する段階か表示する段階かが既知の位置
   の測定装置により実行される請求項１ないし５のいずれか１項記載の方法。
7. 【請求項７】 アッセンブリィ場所を決める段階はさらに既知の位置の測定
   装置から第２の部品と関係する基準位置へのベクトルと距離とを測定し、かつ測
   定した基準位置に対するアッセンブリィ場所の位置を記憶したＣＡＤデータを用
   いて決める段階を備えている請求項６記載の方法。
8. 【請求項８】 さらに、第１の部品の表面の位置と配向が所定のやり方で前
   記決められたアッセンブリィ場所に限られている第２の部品の表面の位置と配向
   とに関係していることを確認する段階を備えた請求項１ないし７のいずれか１項
   記載の方法。
9. 【請求項９】 アッセンブリィ場所を決める段階が第２の部品内に置かれた
   案内孔に関して支持された逆反射器を用いて実行される請求項１ないし８のいず
   れか１項記載の方法。
10. 【請求項１０】 少くとも１つの測定段階か表示する段階が非接触技術を用
    いて実行される請求項１ないし９のいずれか１項記載の方法。
11. 【請求項１１】 少くとも１つの測定段階か表示する段階がレーザトラッカ
    装置を用いて実行される請求項１０記載の方法。
12. 【請求項１２】 請求項１ないし１１のいずれか１項記載の測定、計算及び
    表示をする方法の段階を、適切な測定用及び表示用手段と関係した計算機及び他
    のプロセス用手段の一方または両方の上でプログラムが実行されるときには、実
    行するようにするためのプログラムコード手段を備えている計算機プログラム。
13. 【請求項１３】 請求項１ないし１１のいずれか１項記載の測定、計算及び
    表示をする方法の段階を、適切な測定用及び表示用手段と関係した計算機及び他
    のプロセス用手段の一方または両方の上でプログラムが実行されるときには、実
    行するようにするための計算機が読取り可能な媒体上に記憶されたプログラムコ
    ード手段を備えている計算機プログラム製品。