JP2007516850A - 構成変更可能な加工物支持装置 - Google Patents

Abstract

成形システムは、各々が上面を有する複数の細長い要素（２０２）であって、切削工具手段（１０４）による加工のために前記上面を見せるようアレイ状に配置された前記要素と、前記要素を支持する支持手段（２３４）であって、各前記要素がアレイ内の他の要素に対する相対的な上方位置と下方位置との間を軸方向に移動することにより前記要素の表面の垂直方向の位置の調節が可能になるよう前記支持手段（２３４）上に支持される、前記支持手段（２３４）と、所望の表面形状を作るために要素の自由端が加工されるのを可能にするために、要素のアレイを、要素が互いに接触する閉位置に締め付ける締付け手段（１１４）と、を含む。このような成形システムを用いる成形方法は、各要素の表面の形状を表す、基準に対する任意の所与のｘ、ｙ座標点における当該表面のｚ値を含む現在のデータを格納することと、アレイ内の各要素位置の表面に対する所望の形状を表す、前記基準に対する前記任意の所与のｘ、ｙ座標点における当該表面のｚ値を含む新たなデータを格納することと、第１の選択された要素位置に対する前記新たなデータを、前記選択された要素位置にある第１の要素に対する現在のデータと比較することと、前記任意の所与のｘ、ｙ座標点における前記現在のデータの前記ｚ値を、前記任意の所与のｘ、ｙ座標点における前記新たなデータの前記ｚ値と少なくとも等しい値に調節するために、前記第１の要素の高さを調節することとを含む。

Description

本発明は、成形（tooling）システムに関する。

成形型（tool）、即ちパターンの製造は、従来、材料の鋼片からの加工や、モールドからの鋳造、彫刻、フェトリング（fettling）等の付加的なプロセスや、例えば板金からの成形加工を含んでいた。航空宇宙業界及び自動車業界で一般的に必要とされる大規模な成形型では、このような方法で成形型を準備するのは時間がかかると共に、非常に高価である。これは、成形型の製造に投じられなければならない必要な材料鋼片のサイズが大きいことと、そのような材料鋼片を供給の何ヶ月も前に注文しなければならないこととに、部分的に起因する。

更に、従来は、成形型の製造に必要な熟練工の労働時間及び材料の量により、例えば製品開発、限定バッチ製造及びマスカスタマイゼーション等といった量が限られた製造のために成形型を製造することは不経済であった。

これらの問題を克服するために、特許文献１に開示されているものに代表される、構成変更可能なモジュール式の成形型が開発されている。この特許で開示されている成形型では、駆動ベース上に、垂直方向に調節可能な複数のピンのアレイ（配列）が取り付けられており、ベースからの各ピンの高さは個々に設定可能である。ピンの端部に取り付けられる柔軟な支持体には、柔軟な表面、即ちフェースシートが取り付けられる。従って、個々のピンの高さを調節することにより、フェースシートの表面形状を所望の形状に設定できる。調節は、所望の形状が予めプログラムされたコンピュータによって自動的に制御される。成形型の使用中には、フェースシートの表面が、例えば鋳型用のパターン即ちモールドを作るための一次成形面として、又は二次成形面として作用する。

記載されている種類の構成変更可能な成形型は、幾つかの用途には適しているが、他の用途に対しては、成形面の堅牢性及び／又は精細性が十分ではない。柔軟なフェースシートを支持するピンは離間しており、所望の表面形状の平面内に位置していない。従って、フェースシートの表面は、所望の表面形状を点で近似するに過ぎない。表面の分解能は、成形型アレイ内のピンの密度、数、及びサイズに依存するが、ピンの密度が増加し、ピンのサイズが減少するにつれて、ピンの位置調節はますます困難になる。

総合的なピン強度も、固形の成形型の強度より遙かに低いので、この成形型は、大半の成形作業に対しては十分な強度がない。更に、成形面の幅と比較した成形面の深さの範囲であるアスペクト比が、フェースシートが変形可能な量によって制限される。

特許文献２には、アレイ状に配置された複数の要素を含む成形システムが記載されており、各要素はアレイ内の他の要素に対して長手方向に可動であると共に第１の端部を有する。このシステムは、要素の自由端がほぼ所望の表面形状を定めるように、要素の相対的な長手方向の位置を調節する手段と、要素を調節された位置に保持する手段とを有する。各要素の第１の端部は、基部に着脱自在に取り付けられる加工可能部上に配設され、所望の表面形状を作るために要素の自由端を加工できる構成になっている。
米国特許第５，８４６，４６４号明細書 国際公開第０２/０６４３０８号パンフレット

本発明は、改良された成形システム及び方法の提供を目的とする。

第１の態様によれば、本発明は、各々が上面を有する複数の細長い要素であって、切削工具手段による加工のために前記上面を見せるようアレイ状に配置された前記要素と、前記要素を支持する支持手段であって、各前記要素が前記アレイ内の他の要素に対する相対的な上方位置と下方位置との間を軸方向に移動することにより前記要素の表面の垂直方向の位置の調節が可能になるよう前記支持手段上に支持される、前記支持手段と、所望の表面形状を作るために前記要素の自由端の加工を可能にするために、前記要素のアレイを、前記要素が互いに接触する閉位置に締め付ける締付け手段とを含む成形システムを提供する。

このシステムは、前記アレイの前記要素を、前記要素が互いに接触する前記閉位置と、少なくとも１つの選択された要素の軸方向の調節を可能にするために前記選択された要素が隣接する要素から離間される開位置との間で移動させる駆動手段と、前記要素の上面が前記所望の表面形状を近似的に定めるように、各前記要素の前記軸方向の位置を調節する調節手段とを更に含むのが好ましい。

本発明の好ましい形態では、前記支持手段は互いに平行に配置された複数の支持レールを含み、各前記支持レールは複数の要素を支持し、前記支持レールは相互に相対的に側方に移動可能である。

前記駆動手段は、前記支持レールを把持する手段を含むのが有利である。各前記レールは、該レールの各端部に前記把持手段によって係合可能な位置決め手段を有する。前記調節手段は、該調節手段による要素位置の調節を可能にするために要素に係合して保持する手段を含む。前記調節手段は、頭部を有するフォークと、１つの要素と係合するための前記頭部から下垂する複数の離間した爪部とを含み、該爪部は前記アレイの１つの要素の領域に対応する調節領域を定める。前記フォークは略正方形の頭部を含み、該頭部の各角部からそれぞれ爪部が下垂し、該爪部は前記アレイの１つの要素の領域に対応する調節領域を定める。

前記システムは、前記切削工具手段を受容する工具ホルダーであって、対角線方向のｘ方向、ｙ方向、ｚ方向に移動するよう支持され、ｘ及びｙは水平面における対角線方向の軸を表し、ｚは垂直軸を表す、前記工具ホルダーと、前記工具ホルダーを前記対角線方向に移動させる駆動手段とを含むのが好ましい。

第２の態様によれば、本発明は、本発明の第１の態様による成形システムを用いる成形方法を提供する。この方法は、各要素の表面の形状を表す、基準に対する任意の所与のｘ、ｙ座標点における当該表面のｚ値を含む現在のデータを格納することと、前記アレイ内の各要素位置の表面に対する所望の形状を表す、前記基準に対する前記任意の所与のｘ、ｙ座標点における当該表面のｚ値を含む新たなデータを格納することと、第１の選択された要素位置に対する前記新たなデータを、前記選択された要素位置にある第１の要素に対する現在のデータと比較することと、前記任意の所与のｘ、ｙ座標点における前記現在のデータの前記ｚ値を、前記任意の所与のｘ、ｙ座標点における前記新たなデータの前記ｚ値と少なくとも等しい値に調節するために、前記第１の要素の高さを調節することとを含む。

好ましい方法は、前記アレイ内の各要素位置及び要素に対して、前記データを比較する前記ステップ及び前記要素の高さを調節する前記ステップを繰り返すことを含む。前記データは前記表面の曲率の勾配及び変化率を含む。

第３の態様によれば、本発明は、本発明の第１の態様による成形システムを用いる成形方法を提供する。この方法は、少なくとも１つの現在のアレイの各要素の表面の現在の形状を表す、基準に対する任意の所与のｘ、ｙ座標点における当該表面のｚ値を含む現在のデータを格納し、新たなアレイ内の各要素位置の表面に対する所望の形状を表す、前記基準に対する前記任意の所与のｘ、ｙ座標点における当該表面のｚ値を含む新たなデータを格納し、第１の選択された要素位置に対する前記新たなデータを、前記又は各前記現在のアレイ内の少なくとも第１の要素に対する前記現在のデータと比較し、前記比較に応じて、（ｉ）前記現在のアレイの１つが有する現在の表面が前記所望の表面に最も近い場合には、加工のために前記現在のアレイを選択し、前記現在のデータの前記ｚ値を前記新たなデータの前記ｚ値と少なくとも等しい値に調節するために前記現在のアレイの各要素の高さを調節し、（ｉｉ）少なくとも１つの現在のアレイの現在の要素の表面の現在の形状が前記所望の表面に最も近い場合には、加工のために前記現在の要素を選択し、前記現在の要素を前記新たなアレイ内の前記選択された要素位置に移動させ、前記現在のデータの前記ｚ値を前記新たなデータの前記ｚ値と少なくとも等しい値に調節するために前記現在の要素の高さを調節し、（ｉｉｉ）前記第１の選択された要素位置における現在の要素の現在の表面が前記所望の表面に最も近い場合には、前記現在のデータの前記ｚ値を前記新たなデータの前記ｚ値と少なくとも等しい値に調節するために前記現在の要素の高さを調節する。

本発明による成形方法の好ましい実施形態では、この方法は、前記アレイ内の前記要素がｚ面において調節された後、前記アレイが閉じられた際に前記アレイ内に隙間が生じないよう、前記アレイ内の前記要素を、好ましくは自動的に、相互に相対的に整列させるステップを含む。このステップが実行される場合には、締付け手段によって加えられる締付け力がアレイの全ての要素に伝えられる。

以下、添付の図面を参照し、一例として本発明を更に説明する。

図１は、ＣＮＣ切削又はフライス盤１００及びモジュール２００を有する成形システム１０の好ましい形態を示す。フライス盤１００は、モジュール２００の表面のフライス削りを行うフライス工具等の切削工具１０４を担持する工具ホルダー１０２を有する。工具ホルダー１０２は、ｚ軸方向に移動するようキャリア１０６に取り付けられ、キャリア１０６は、横断部材１０８に沿ってｙ軸方向に移動するよう取り付けられる。横断部材１０８は、柱１１０によって、平行なレール１１２上をｘ軸方向に移動するよう取り付けられる。この構成では、フライス工具は、モジュール２００上の予め選択された面を切削するために、ｘ−ｙ−ｚ軸方向（動作範囲）の任意の点に移動できる。

図２〜図５を参照すると、構成変更可能な成形型と呼ぶこともあるモジュール２００が示されている。このモジュール及びその動作のより詳細且つ完全な説明については、国際公開第０２／６４３０８号（特許文献２）を参照するものとし、その内容を参照することにより本願明細書に組み込む。

モジュール２００は、閉位置、即ち、隣接する要素２０２の辺が互いに接触する位置に配置された複数の要素２０２を有する。各要素２０２の上端２０４は、成形面２０６の一部を構成する。図示されるように、要素２０２はアレイ２０８状に配置されており、アレイ２０８はダイヤモンド形のアレイであるのが好ましい。モジュール２００の加工中及び使用中にアレイ２０８の要素２０２を相互に相対的に固定するために、締付け部材２１０、２１２が側方からの更なる支持を提供する。図２に示されるように、各締付け部材は、関連付けられた要素２０２の角部を受容して締め付けを容易にするための複数の垂直スロット又は歯２１８、２２０を有する顎部２１４、２１６を含む。

各要素２０２は、要素２０２の下端（図６及び図８）から下に延びる同軸の棒２３０上に堅固に支持される。各棒２３０は外ねじを有し、支持レール２３４のねじ切りされた固定穴２３２を通って係合しており、棒２３０が回転駆動されると、棒２３０はレール２３４に対して軸方向に移動して、要素２０２をその垂直軸に沿って上下に移動させる。棒２３０は要素２０２に固定されており、要素２０２は棒２３０と共に回転する。

図５及び図６に示されるように、要素２０２の対角線方向の各列は、それぞれの支持レール２３４によって支持される。要素２０２が閉姿勢にあるときには、支持レール２３４は要素２０２の対角線と平行になり、ダイヤモンド形のアレイを設ける。

フライス盤１００の各柱１１０は、それぞれ、側方から作用する締付け部材１１４を有する。これらの締付け部材１１４は、適切な駆動手段の作用によってモジュール２００に向かう方向及び離れる方向に一斉に移動可能なように、柱１１０上に支持される。各締付け部材１１４は、隣接する支持レール２３４の端部において協働する位置決め手段と係合するための適切な位置決め手段を有するクランプ１１６を有する。位置決め手段は、各レール２３４の端部の凹部及びクランプ１１６上のディンプル等のような簡単なものであってよい。

クランプ１１６は、レールをｘ軸方向に移動させるために選択された支持レール２３４を把持するために、隣接する支持レール２３４に向かう方向及び離れる方向に一斉に移動可能である。

フライス盤１００は、横断部材１０８上のキャリア１２２に取り付けられる調節器具１２０を更に有する。キャリアは、調節器具１２０をｘ−ｙ面内で移動させるために、横断部材に沿って移動可能であり、調節器具１２０は、ｚ軸方向に垂直に移動可能なようにキャリアに取り付けられる。キャリア及び調節器具は、電気駆動モータ等の任意の適切な手段によって駆動可能である。調節器具は長尺体１２３を有し、長尺体１２３は、調節器具の軸方向に延びる下端に、４つの爪部即ち突起１２４を有する又は形成されている。爪部は要素２０２の周囲に係合するよう構成されており、各爪部は、要素の平坦な側面（図６）に対して係合する。調節器具１２０は、その縦軸回りに回転するよう取り付けられており、長尺体１２３は駆動モータ等の駆動手段に接続されており、調節器具及びそれに従って爪部１２４をｚ軸回りに回転させるために回転駆動可能である。

例えば、アレイ２０４内の要素２０２ａ（ターゲット要素）の垂直方向の位置を調節したい場合には、まず、その要素を含む対角線方向の列を、隣接する要素の対角線方向の列から分離しなければならない。これを実行するために、柱１１０を移動して、クランプ１１６を、ターゲット要素２０２ａ（図８ａ）を担持するターゲット支持レール２３４ａの片側に隣接する支持レール２３４ｃに一致させる。次に、クランプ１１６は互いに向かって内側に駆動され、これにより、クランプ１１６上の位置決め手段が、支持レール２３４ｃ上の協働する位置決め部材と係合する。係合したら、柱１１０は図８ａの矢印Ａの方向に移動され、支持レール２３４ｃ及び隣接するレールを図８ａの右側に移動させる。

次に、クランプ１１６はレール２３４ｃから外され、柱１１０はクランプ１１６が支持レール２３４ａに隣接するよう移動され、そこで、クランプ１１６が作動されてターゲットレール２３４ａに係合する。次に、柱１１０は再び図８ｃの矢印Ｂの方向に移動され、支持レール２３４ａを図８ｃの右側に移動させる。このようにして、レール２３４ａによって支持されている、ターゲット要素２０２ａを含む要素の対角線方向のラインが、隣接する要素２０２の対角線方向のラインから離間されて、「開」アレイが設けられる。

アレイ２０４が大きなアレイである場合には、支持レール２３４ｃを移動させる際に、柱１１０及びクランプ１１６によって移動される支持レールの総重量が、システムが対応可能な重量を超えることがあり得る。例えば、システムの定格が、支持レール１０個分の最大重量を移動させるものであって、支持レール２３４ｃが１５番目の支持レールである場合には、柱１１０及びクランプ１１６は、まず、アレイの端から１０番目の支持レールと係合して、最初の１０個の支持レールを図８ａの矢印Ａの方向である右側に移動させるよう制御される。次に、クランプ１１６は、１０番目の支持レールから外されて、１５番目の支持レール２３４ｃと係合するよう移動され、１５番目の支持レール２３４ｃも、アレイの１１番目の支持レールが１０番目の支持レールに当接するまで、右に移動される。事実上、クランプ１１６は、その支持レール２３４ｃがアレイのどこに配置されていても、その支持レール２３４ｃに到達するまでアレイを「通り抜ける」ことができる。

要素２０２ａの自由回転を可能にするために、要素２０２ａに隣接する要素２０２ｂ、２０２ｃは、図８ｅに示される位置になるよう、一般的には４５度である小さい角度だけ回転される必要がある。この目的で、調節器具１２０は、１つの要素２０２ｂの垂直方向の上方に位置するように、ｘ−ｙ面に沿って移動される。調節器具１２０は、爪部を要素２０２ｂの面と整合させるために必要に応じて回転され、次に、調節器具は下降してその要素と係合する。調節器具１２０の駆動モータが作動されて調節器具を回転させることにより、要素は図８ｅに示される位置になるよう４５°の角度だけ回転される。これは要素２０２ｃに対しても繰り返される。

２つの要素２０２ｂ、２０２ｃが図８ｅに示される位置になるよう回転されると、調節器具は要素２０２ａと係合し、回転されて、要素を所望の高さに上昇又は下降させる。要素２０２ｂ、２０２ｃを先に調節することにより、要素２０２ａを完全に回転させることができ、隣接するどの要素とも衝突せずに、要素２０２ａの垂直方向の位置を調節できる。

このプロセスは、レール２３４ａ上の、垂直方向の位置調節を要する各要素に対して繰り返される。レール２３４ａ上の全ての要素が垂直方向に配置されたら、他の任意のレール２３４上の垂直方向の調節を要する要素に対して、このプロセスが繰り返される。これらの要素が調節され、各列の要素が対角線方向に並んだら、クランプ１１６を用いてこれらのレール２３４を合わせることによってアレイ２０４が閉じられ、アレイが締付け部材２１０、２１２によって再び締め付けられると、加工のための成形面２０６の準備が整う。

要素が垂直方向に配置されたら、図２０に示されるように、成形面２０６がフライスカッター１０４によって加工される。上述のように、要素２０２は加工前に既に位置決めされているので、加工が必要な量は最小限である。必要なのは仕上げの切削のみであり、このことは、加工の際に削られるのは一般的に各要素の５％未満であることを意味する。

図２１を参照すると、要素２０２のアレイが、意図される加工線２５０と共に側面図で示されている。図２１からわかるように、これには、左側の要素２０２から、かなりの量の材料を削る必要がある。これでは、加工時間及びコストが増加し、材料がかなり無駄になる。これを回避するために、或る要素から削られる材料の量が、予め設定された量よりも大きいことをマイクロプロセッサが識別した場合には、マイクロプロセッサは、その単一の要素２０２を４つの小さい要素２５２と置き換える。これらの要素２５２は、元の要素の４分の１の断面を有するのが理想的であるが、これは様々であってよい。様々な高さの小さい要素２５２を利用可能であってもよく、図２２に示されるように、削る必要がある材料の量が最小限になることが確実になるよう選択される。

要素２０２が小さい要素と置き換えられる可能性を考慮に入れるために、付加的な支持レール２３４が設けられる。各付加的な支持レール２３４は、必要な場合に小さい要素２５２に対応するための、ねじ切りされた穴２３２を有する。

小さい要素２５２が配置され、それらの高さが、大きい要素２０２について先に説明した方法で調節される。

成形面２０６が加工される際には、要素２０２は、組み立てられたモジュール２００の状態で加工されるのが好ましい。しかし、モジュール２００のサイズが大きいためにこれが不可能な場合には、要素２０２をモジュール２００から取り外し、独立して加工することもできる。

要素２０２は、例えばプラスチック、金属、木材、及び合金等といった広範囲の材料から作ることができ、材料の選択は、モジュールの用途の環境に依存する。しかし、材料の選択は、成形面２０６が加工されるという要件によって制限される。幾つかの用途では、例えば、成形面２０６に樹脂、薄膜、又は被覆ベニヤ（plated veneer）を適用することにより、成形面を保護することができる。

各モジュール２００のサイズは制限されないことが意図されており、アレイ２０８に要素２０２を追加又はアレイ２０８から要素２０２を除去することにより、モジュール２００のサイズを変更できる。航空機の翼のような大きい製品に関しては、要素は、例えば、１ｍの垂直移動を伴う５００ｍｍ四方のサイズであってもよい。携帯電話のような小さい製品に関しては、要素は、例えば、３００ｍｍの垂直移動を伴う５ｍｍ四方のサイズであってもよい。モジュール２００は、例えば、真空成形、コンポジットレイアップ（composite lay ups）、プレス成形、インジェクション成形、及びダイカスト等を含む、一次及び二次の広範囲の用途で用いられることが意図される。

次に図２３を参照すると、図１の成形システムのための制御システム３００の模式的なブロック図が示されている。制御システム３００は格納部３０２を有し、格納部３０２には表面ＣＡＤファイルがロードされる。これは、第三者によって供給されるファイルであってもよいが、図２〜図５のモジュールを用いて加工される面の形状を表すものである。マイクロプロセッサ３０４はＣＡＤファイルを取り込んで、それを、モジュール２００の各要素にそれぞれ対応する「セグメント」又は「要素」を有するファイルに変換する。ファイルは、更なるメモリ３０６に送られる。この情報は、要素表面の任意の所与のｘ、ｙ座標点における、要素表面の最小高さと所望の表面の最小高さとの間の、高さ即ちｚ値の差を含むと共に、要素２０２を、各所与のｘ、ｙ座標点における要素表面の最小高さが、その座標における要素２０２に対する所望の表面の最小高さに少なくとも等しいか又はそれより大きい垂直方向の位置に移動させるために、要素２０２が回転される必要がある角度及び方向に関する情報も含む。このファイルは「．ｔｘｔ」ファイルであるのが一般的である。

マイクロプロセッサ３０４は、一般的に「．ｓｔｌ」ファイルであるファイルも作成し、このファイルは更なる格納部３０８に格納され、必要な表面のトポグラフィを表す。これは、各モジュール要素２０２の所望の表面形状に関する情報を与える離散的な要素によって構成される点において、「．ｔｘｔ」ファイルと似ている。この情報は、メモリ３０６及び３０８に格納されてから、ＣＮＣフライス盤１００によって用いられる。フライス盤１００は、メモリ３０６、３０８からの情報を用いて、各要素２０２の高さを順次調節してから、要素アレイ２０４の上面の形状を加工する。

モジュール２００が新品のモジュール、即ち、以前に特定の形状に加工されていないモジュールであって、表面２０６が平坦である場合には、マイクロプロセッサは、第１の要素から開始して、要素２０２の上面２０４に対するｚ値を知った上で、アレイ２０８を開くようフライス盤１００を制御する。次に、調節器具１２０が適切な位置に移動され、隣接する２つの要素２０２のそれぞれを一般的には４５度の角度だけ回転させるために用いられる。次に、調節器具１２０は選択された要素２０２と係合するよう移動され、回転駆動されて、要素２０２の上面２０６がその要素の所望の表面領域の最も高いｚ値の値まで上昇されるように、選択された要素２０２を上昇又は下降させる。実際には、マイクロプロセッサは、所望の最大ｚ値を選択された要素２０２の実際のz値と比較して、選択された要素を上昇又は下降させる必要があるか否かを判定し、要素を所望の方向に移動させるために調節器具１２０を時計回り又は反時計回りに回転させる。マイクロプロセッサ３０４は、一般的には５ｍｍであるオフセットを提供して、要素２０２の上面が所望の最大ｚ値より５ｍｍ高く上昇されるようにすることもできる。これは、表面全体の適切な加工を確実にするためであり、所望であればオフセットを０から変更することができる。

マイクロプロセッサが、所望の表面を加工するために、メモリ３０６及び３０８に格納されているファイルのみを用いて主要工具１０４を制御した場合には、加工作業中にフライス工具が空中を移動されることもある。従って、これを回避するために、要素２０２が所望の位置に上昇又は下降される場合には、要素の高さ調節の後で、要素２０２の実際の表面２０４の表面情報、即ち要素表面内の様々なｘ、ｙ座標におけるｚ値が、別個のメモリに格納され、新たな実際の表面のファイルが作成される。これは、要素２０２の露出した垂直面、又は要素面の表面内の段階的な変化を与える情報を含んでもよい。

次に、マイクロプロセッサは、この新たな表面ファイルとメモリ３０６及び３０８に格納されているファイルとを用いて、加工プロセスが効率的に実行され、上述の問題が回避されることが確実になるように、フライス工具１０４を制御する。

これは図１４〜図１９に示されており、図１４は要素２０２の現在のアレイを示す。図１５は図１４の要素の所望の表面形状の側面図であり、図１６はこの所望の表面形状を図１４の要素に重ねたものを示す。

図１７は、要素の表面２０４を所望の表面形状にできるだけ近くなるよう移動させるために調節された、図１４の要素を示す。

図１８は、マイクロプロセッサによって実際の表面形状ファイルとして更なるメモリに格納される、要素２０２の実際の新たな表面を表し、図１９は、新たに加工された表面を示す。

上記説明は、要素２０２の平坦な上面２０６を有する新品のモジュールに関するものであった。しかし通常は、加工されるモジュールが、以前に加工された上面２０６を有することが多い。

そのような場合には、マイクロプロセッサは、メモリに格納されている現在の表面プロファイルと、関連ＣＡＤファイルから得た所望の表面形状との両方を有する。従って、マイクロプロセッサ３０４は、以前に加工されたモジュールの各要素２０２の表面２０４の位置及び形状を格納している。メモリ３０２に新たなＣＡＤファイルがロードされ、マイクロプロセッサ３０４によって、メモリ３０６、３０８に格納されるファイルに変換されると、マイクロプロセッサは、加工されるモジュールの最初の要素２０２（選択された要素）を選択し、そのメモリ内で、選択された要素２０２の表面に対する所望の形状に最も近い形状を有するモジュール２００の要素２０２（交換要素）を探す。この交換要素２０２が見つかったら、フライス盤１００は、マイクロプロセッサ３０４によって、選択された要素を除去し、それを交換要素と交換するよう制御される。これは、調節器具を用いて、選択された要素を回して外し、それをホルダー又は格納部に収容し、次に、交換要素を回して外し、それを選択された要素が抜けた位置に配置することによって実行される。選択された要素は、ホルダー内に保持されるか、又は交換要素が抜けた位置に移動されることが可能である。いずれにしても、マイクロプロセッサ３０４は、その表面形状を更なる所望の表面形状と比較するために、選択された要素の位置を格納する。これはモジュール内の各要素に対して順次繰り返され、その結果、現在の形状を新たな所望の形状に変えるために必要な加工量が最小限になる。

幾つかの事例では、例えば図１０〜図１３に示されるように、要素の所望の表面形状が、現在の要素を反転させたものである場合もある。図１０は現在の要素２０２の表面形状２０４を示し、図１１は所望の表面形状を示す。図１０の形状と図１１の形状とは、傾斜が逆であることを除き、非常に類似していることがわかる。図１０の要素２０２から図１１の形状を得るには、図１０の要素から図１２に示される量の材料を削る必要がある。しかし、この場合には、図１０の現在の要素を図１３に示されるように１８０度だけ回転させることにより、除去される材料の量をかなり減らすことができる。

上記は要素を１８０度反転させる場合であるが、要素を９０度又は２７０度回転させることによって、加工が最小限になる最良の表面形状が提供される場合もある。

上記は、矩形又は正方形の断面を有する要素に当てはまる。要素が他の断面形状を有する場合には、当然ながら、それに従って回転角度も変化する。

このシステムは、手動、半自動、及び（上述のような）自動の３通りのモードで動作可能である。

手動モードでは、マイクロプロセッサ３０４は、どの要素２０２が高さ調節を必要とするかをディスプレイ上に示す。オペレータは、加工前にそれらのピンの高さを調節する。オペレータは、選択された要素の手動調節を可能にするために、要素アレイの開閉も手動で行う。

半自動動作モードでは、開位置と閉位置との間での要素２０２の移動、及び要素の高さ調節は、メモリ３０６、３０８内の情報に基づきＣＮＣ機２１０が実行する。

図２４ａ、図２４ｂ及び図２４ｃは、アレイ要素がｚ面において調節された後、アレイが閉じられた際にアレイ内に隙間が生じないように、アレイ要素の相互に相対的な位置ずれを補正するために必要なステップを示す。

図２４aからわかるように、ピンの列２４２は、複数の位置がずれたピン２４４を含む。

図２４ｂに示されるように、アレイの、位置がずれた要素２４４を含む列２４２から遠い方の側部２４８には、ボルスターセグメント（bolster segment）の形態の締め付け要素２４６が取り付けられ、このようにしてデータム基準面が提供され、次に、データムに対する横からの作用を用いて、各列を順次移動させ、図２４ｃに示されるように要素の位置ずれを補正する。この、緩んだ要素を固定したデータム（基準）面に接触させる作用により、これらの要素は十分に再整合されるので、締付け手段でアレイを締め付ける間に、要素間のいかなる隙間も除去される。１回の反復では不十分な場合には、接触を確実にするためのオーバーシュート（目的地点を一時的に越えさせること）及び／又は列を徐々にデータムに近づけることを伴う、一続きの反復が用いられてもよい。このプロセスは、移動頻度を往復振動になるよう増加させることにより、更に改良され得る。位置ずれが小さい場合には、同時に複数の列を移動させ、要素の回転を補助するために外部振動源を適用することも可能であり、これにより時間が節約される。

別の実施形態では、データム基準を提供するためにアレイ要素を手動で整合させ、位置がずれた要素を手動で移動させることにより、データム基準が提供されてもよい。

本発明による成形システムの好ましい形態を示す側面図である。 図１のシステムのためのモジュールの平面図である。 図２の矢印Ａの方向の側面図である。 図２の矢印Ｂの方向の側面図である。 図２のモジュールの斜視図である。 図１のシステムの詳細を示す斜視図である。 アレイの状態で示される図２のモジュールの複数の要素の側面図である。 調節のために図２のモジュールの要素を開く様子を示す、要素アレイの一部分の側面図である。 調節のために図２のモジュールの要素を開く様子を示す、要素アレイの一部分の側面図である。 調節のために図２のモジュールの要素を開く様子を示す、要素アレイの一部分の側面図である。 図８ｃの要素の平面図である。 要素の回転位置が調節された状態の、図８ｃの要素の平面図である。 相互に相対的に垂直方向に移動された図７の要素を示す図である。 図２のモジュールの１つの要素の調節を示す図である。 図２のモジュールの１つの要素の調節を示す図である。 図２のモジュールの１つの要素の調節を示す図である。 図２のモジュールの１つの要素の調節を示す図である。 現在の表面から新たな形状の表面を作る方法を示す図である。 現在の表面から新たな形状の表面を作る方法を示す図である。 現在の表面から新たな形状の表面を作る方法を示す図である。 現在の表面から新たな形状の表面を作る方法を示す図である。 現在の表面から新たな形状の表面を作る方法を示す図である。 現在の表面から新たな形状の表面を作る方法を示す図である。 モジュールの表面形状をフライスカッターで所望の形状に切削している状態を示す、図２のモジュールの一部の斜視図である。 大量に加工する１つの方法の一部を示す、図２のモジュールの要素の側面図である。 大量に加工する１つの方法の一部を示す、図２のモジュールの要素の側面図である。 図１の成形システムのための制御システムの模式的なブロック図である。 アレイ要素の位置ずれを補正するステップを示す図である。 アレイ要素の位置ずれを補正するステップを示す図である。 アレイ要素の位置ずれを補正するステップを示す図である。

Claims (59)

1. 各々が上面を有する複数の細長い要素であって、切削工具手段による加工のために前記上面を見せるようアレイ状に配置された前記要素と、
   前記要素を支持する支持手段であって、各前記要素が前記アレイ内の他の要素に対する相対的な上方位置と下方位置との間を軸方向に移動することにより前記要素の表面の垂直方向の位置の調節が可能になるよう前記支持手段上に支持される、前記支持手段と、
   所望の表面形状を作るために前記要素の自由端の加工を可能にするために、前記要素のアレイを、前記要素が互いに接触する閉位置に締め付ける締付け手段と、
   を含む成形システム。
2. 前記アレイの前記要素を、前記要素が互いに接触する前記閉位置と、少なくとも１つの選択された要素の軸方向の調節を可能にするために前記選択された要素が隣接する要素から離間される開位置との間で移動させる駆動手段と、
   前記要素の前記上面が前記所望の表面形状を近似的に定めるように、各前記要素の前記軸方向の位置を調節する調節手段と、
   を更に含む請求項１記載の成形システム。
3. 前記支持手段が、互いに平行に配置された複数の支持レールを含み、
   各前記支持レールが複数の要素を支持し、
   前記支持レールが相互に相対的に側方に移動可能である、
   請求項１又は２記載の成形システム。
4. 前記駆動手段が、前記支持レールを把持する手段を含む、請求項３記載の成形システム。
5. 各前記レールが、該レールの各端部に前記把持手段によって係合可能な位置決め手段を有する、請求項４記載の成形システム。
6. 前記調節手段が、該調節手段による要素位置の調節を可能にするために要素に係合して保持する手段を含む、請求項２〜５のいずれか記載の成形システム。
7. 前記調節手段が、頭部を有するフォークと、１つの要素と係合するための前記頭部から下垂する複数の離間した爪部とを含み、該爪部が前記アレイの１つの要素の領域に対応する調節領域を定める、請求項２〜６のいずれか記載の成形システム。
8. 前記フォークが略正方形の頭部を含み、該頭部の各角部からそれぞれ爪部が下垂し、該爪部が前記アレイの１つの要素の領域に対応する調節領域を定める、請求項７記載の成形システム。
9. 複数の異なるサイズの要素に対応するために、前記爪部の位置が相互に相対的に調節可能である、請求項７又は８記載の成形システム。
10. 各前記爪部が、
    前記頭部に隣接する第１の区画であって、内側に面した表面を有し、該内側に面した表面が他の爪部の内側に面した表面と共に調節領域を定める、前記第１の区画と、
    前記頭部から離れた第２の区画であって、内側に面したガイド面を有する前記第２の区画と、
    を含む請求項７、８又は９記載の成形システム。
11. 前記爪部の前記第２の区画の前記内側に面したガイド面が凸面である、請求項１０記載の成形システム。
12. 前記各爪部の前記第１の区画が略三角形の断面を有し、前記第２の区画に至り、該第２の区画の前記内側に面した表面が前記爪部の自由端に向かって先細になっている、請求項１０又は１１記載の成形システム。
13. 異なるサイズの要素に対応する複数の異なるサイズの調節領域を定めるために、前記爪部を相互に相対的に移動可能なように、前記正方形の頭部のサイズが調節可能である請求項１２記載の成形システム。
14. 前記切削工具手段を受容する工具ホルダーであって、対角線方向のｘ方向、ｙ方向、ｚ方向に移動するよう支持され、ｘ及びｙは水平面において直交する軸を表し、ｚは垂直軸を表す、前記工具ホルダーと、
    前記工具ホルダーを前記直交方向に移動させる駆動手段と、
    を更に含む請求項２〜１３のいずれか記載の成形システム。
15. 前記各要素が複数の側面を有し、該複数の側面は前記アレイの前記閉位置において各前記側面が隣接する要素の側面に当接するよう配置され、
    前記要素が前記支持手段上に列状に支持され、
    選択された要素の前記軸方向の調節を可能にするために、前記選択された要素が隣接する要素から離間されるのを可能にするよう、前記支持手段を調節可能である、
    請求項１〜１４のいずれか記載の成形システム。
16. 各前記要素が略正方形の断面を有し、
    前記要素がダイヤモンド形のアレイ状に形成されて前記支持手段上に列状に支持され、１列の前記要素が各要素の対角線に沿って整列され、
    前記支持手段が、前記要素の各列が隣接する各列に対して側方に移動されるのを可能にするよう構成され、
    前記要素の前記軸方向の調節を可能にするために、各前記要素がその縦軸回りに回転するよう前記支持手段上に支持される、
    請求項１５記載の成形システム。
17. 前記要素が上部及び下部から構成され、該上部が除去可能且つ加工可能である、請求項１〜１６のいずれか記載の成形システム。
18. 閉位置において、前記アレイが連続する上面を呈する、請求項１〜１７のいずれか記載の成形システム。
19. 各前記要素が、該要素の高さをねじ式で調節可能なように前記支持手段上に支持される、請求項１〜１８のいずれか記載の成形システム。
20. 各前記要素が、前記支持手段のねじ切りされた穴と係合するねじ切りされた軸棒によって前記支持手段上に支持される、請求項１９記載の成形システム。
21. 各前記要素が、前記要素の高さを調節するための、電気的若しくは電磁的手段、又は、液圧式若しくは空気圧式ラム手段によって前記支持手段上に支持される、請求項１〜１９のいずれか記載の成形システム。
22. 前記締付け手段が、前記アレイの１つ以上の前記要素に局所的な圧力を選択的に加えるよう構成された要素接触面を有する、請求項１〜１８のいずれか記載の成形システム。
23. 前記アレイの前記要素が略多角形の断面を有する、請求項１〜１９のいずれか記載の成形システム。
24. 前記アレイが、平面視で略三角形、略矩形又は略五角形であり、前記締付け手段が前記アレイの少なくとも２つの隣接する側面に配設される、請求項２０記載の成形システム。
25. 前記アレイの前記閉位置において、前記アレイの前記要素がモザイク状に合わさるように、前記アレイの前記要素が、隣接する要素の長軸が整列され且つ隣接する要素の頂点が互いに接触するよう配置される、請求項２０又は２１記載の成形システム。
26. 前記アレイが平面視で略矩形であり、前記締付け手段が前記矩形アレイの少なくとも２つの隣接する側面に配設される、請求項２１又は２２記載の成形システム。
27. 前記締付け手段が前記矩形アレイの４つの側面の全てに配設される、請求項２３記載の成形システム。
28. 前記矩形アレイの外縁が鋸歯状であり、前記締付け手段がそれに対応する鋸歯状の面を有する、請求項２３又は２４記載の成形システム。
29. 前記アレイに接触する前記締付け手段の面が複数の歯で構成され、該歯の少なくとも一部が、前記アレイの１つ以上の前記要素に局所的な圧力を選択的に加えるために前記要素の側面と整合するよう調節可能である、請求項１〜２４のいずれか記載の成形システム。
30. 前記歯の相互に相対的な高さを個々に調節可能である、請求項２５記載の成形システム。
31. 前記締付け手段が２組のクランプを含み、第１の組のクランプは前記成形システムの前記要素の加工中に用いられ、第２の組のクランプは、前記アレイの前記要素の加工が完了して前記システムがモールドとして用いられる際に用いられる、請求項１〜２６のいずれか記載の成形システム。
32. 前記締付け手段が、個々の締め付け側面が互いに組み合わされてより大きいユニットを構成するようモジュール式に設計される、請求項１〜２７のいずれか記載の成形システム。
33. 前記アレイの前記要素を整合させるのを補助するために前記クランプの側面を振動させる振動手段を更に含む、請求項１〜２８のいずれか記載の成形システム。
34. 前記アレイの前記要素に加えられる力を検出して測定するセンサを更に含む、請求項１〜２９のいずれか記載の成形システム。
35. 前記締付け手段を前記要素の前記アレイの周囲の位置に固定する手段を更に含む、請求項１〜３０のいずれか記載の成形システム。
36. 前記要素の高さに対する前記締付け手段の相対的な高さを調節可能である、請求項１〜３１のいずれか記載の成形システム。
37. 請求項１〜３２のいずれか記載の成形システムを用いる成形方法であって、 各要素の表面の形状を表す、基準に対する任意の所与のｘ、ｙ座標点における当該表面のｚ値を含む現在のデータを格納することと、
    前記アレイ内の各要素位置の表面に対する所望の形状を表す、前記基準に対する前記任意の所与のｘ、ｙ座標点における当該表面のｚ値を含む新たなデータを格納することと、
    第１の選択された要素位置に対する前記新たなデータを、前記選択された要素位置にある第１の要素に対する現在のデータと比較することと、
    前記任意の所与のｘ、ｙ座標点における前記現在のデータの前記ｚ値を、前記任意の所与のｘ、ｙ座標点における前記新たなデータの前記ｚ値と少なくとも等しい値に調節するために、前記第１の要素の高さを調節することと、
    を含む方法。
38. 前記アレイ内の各要素位置及び各要素に対して、前記データを比較する前記ステップ及び前記要素の高さを調節する前記ステップを繰り返すことを更に含む、請求項３３記載の方法。
39. 前記データが前記表面の曲率の勾配及び変化率を含む、請求項３３又は３４記載の方法。
40. 前記アレイ内の前記要素に対して、予め選択された高さ調節オフセットを提供することを更に含む、請求項３３〜３５のいずれか記載の方法。
41. 前記要素表面の垂直方向の位置の調節を可能にするために、前記要素を、前記アレイ内の他の要素に対する相対的な上方位置と下方位置との間で軸方向に移動するよう支持することと、
    前記所望の表面形状を作るために前記要素の自由端の加工を可能にするために、前記要素の前記アレイを、前記要素が互いに接触する閉位置に締め付けることと、
    を更に含む、請求項３３〜３６のいずれか記載の方法。
42. 前記アレイの前記要素を、前記要素が互いに接触する前記閉位置と、少なくとも１つの選択された要素の軸方向の調節を可能にするために、前記選択された要素が隣接する要素から離間される開位置との間で移動させることと、
    前記把持手段を前記位置決め手段と係合させることによって前記支持レールを把持することと、
    前記要素の前記上面が前記所望の表面形状を近似的に定めるように、各要素の軸方向の位置を調節することと、
    を更に含む請求項３７記載の方法。
43. 或る要素の位置の調節を可能にするために、当該要素に係合して保持することを更に含む、請求項３３〜３８のいずれか記載の方法。
44. 前記各要素が複数の側面を有し、該複数の側面が、前記アレイの前記閉位置において各側面が隣接する要素の側面に当接するよう配置され、
    選択された要素の高さを調節する前記ステップが、前記選択された要素の移動を可能にするために前記隣接する要素を前記選択された要素から側方に離間するよう、前記隣接する要素の位置を調節することを含む、請求項３８記載の方法。
45. 前記要素が前記アレイ内の複数の列に配置され、選択された要素の高さを調節する前記ステップが、前記選択された要素を含む列を隣接する列から側方に分離することを含む、請求項４０記載の方法。
46. 前記選択された要素を含む列を隣接する列から側方に分離する前記ステップが、
    前記アレイ内の複数の列における前記列の位置を判定することと、
    移動される列の数が予め設定された値を超える場合には、前記選択された列が移動されるまで、より小さい数の列を順次移動させることと、
    を含む請求項４１記載の方法。
47. 各前記要素が、１つの列内において１つの要素が隣接する要素に対して相対的に回転することにより前記要素が前記隣接する要素から離間する断面形状を有する、請求項４１又は４２記載の方法。
48. １つの列内において各前記要素を隣接する要素から離間させることが、各前記要素を予め選択された角度だけ回転させることを含む、請求項４３記載の方法。
49. 前記予め選択された角度が４５度である請求項４４記載の方法。
50. 各前記要素が回転可能に支持され、前記要素の回転によって前記要素の高さが調節される、請求項３３〜４５のいずれか記載の方法。
51. 前記要素の高さを調節する前記ステップが、前記要素に対する前記現在のデータを前記要素位置に対する新たなデータと比較することと、前記要素を予め選択された角度だけ回転させて、前記要素の表面を前記現在のデータが前記新たなデータに最も近い位置まで回転させることと、を含む請求項４６記載の方法。
52. 前記予め選択された角度が９０度、２７０度及び１８０度のうちの１つである請求項４７記載の方法。
53. 各前記要素が略正方形の断面を有し、
    前記要素がダイヤモンド形のアレイ状に構成されて複数の列で支持され、１つの列の前記要素が各要素の対角線に沿って整列する、
    請求項３３〜４８のいずれか記載の方法。
54. 加工前に、調節後の前記要素の新たな表面形状を表す更なるデータを格納することを更に含む、請求項３３〜４９のいずれか記載の方法。
55. 調節後に、前記所望の表面形状と前記実際の表面形状との差に応じて、前記アレイの前記要素の表面を加工することを更に含む、請求項５０記載の方法。
56. 要素から削られる材料の量を基準値と比較し、該比較に応じて、前記要素を複数の小さい要素と交換することと、
    前記小さい要素に対する現在のデータのｚ値を前記小さい要素の位置に対する前記新たなデータのｚ値と少なくとも等しい値に調節するために、各前記小さい要素の高さを調節することと、
    を更に含む請求項５１記載の方法。
57. 請求項１〜３２のいずれか記載の成形システムを用いる成形方法であって、
    少なくとも１つの現在のアレイの各要素の表面の現在の形状を表す、基準に対する任意の所与のｘ、ｙ座標点における当該表面のｚ値を含む現在のデータを格納することと、
    新たなアレイ内の各要素位置の表面に対する所望の形状を表す、前記基準に対する前記任意の所与のｘ、ｙ座標点における当該表面のｚ値を含む新たなデータを格納することと、
    第１の選択された要素位置に対する前記新たなデータを、前記又は各前記現在のアレイ内の少なくとも第１の要素に対する前記現在のデータと比較することと、
    前記比較に応じて、
    （ｉ）前記現在のアレイの１つが有する現在の表面が前記所望の表面に最も近い場合には、加工のために前記現在のアレイを選択し、前記現在のデータの前記ｚ値を前記新たなデータの前記ｚ値と少なくとも等しい値に調節するために前記現在のアレイの各要素の高さを調節することと、
    （ｉｉ）少なくとも１つの現在のアレイの現在の要素の表面の現在の形状が前記所望の表面に最も近い場合には、加工のために前記現在の要素を選択し、前記現在の要素を前記新たなアレイ内の前記選択された要素位置に移動させ、前記現在のデータの前記ｚ値を前記新たなデータの前記ｚ値と少なくとも等しい値に調節するために前記現在の要素の高さを調節することと、
    （ｉｉｉ）前記第１の選択された要素位置における現在の要素の現在の表面が前記所望の表面に最も近い場合には、前記現在のデータの前記ｚ値を前記新たなデータの前記ｚ値と少なくとも等しい値に調節するために前記現在の要素の高さを調節することと、
    を含む方法。
58. 前記アレイ内の前記要素がｚ面において調節された後、前記アレイが閉じられた際に前記アレイ内に隙間が生じないよう、前記アレイ内の前記要素を相互に相対的に整列させるステップを更に含む、請求項３３〜５３のいずれか記載の方法。
59. 前記要素が自動的に整列される請求項５４記載の方法。

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