JP2008500197A - 可撓性レール多軸工作機械および方法 - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は概して製造ツールおよび自動化に関する。より詳細には、この発明はレールが装着された工作機械および自動位置決めシステムに関する。
硬質の外板の航空機構造の歴史において早くから標準的な航空機の製造は、テンプレートを作ることならびにそのテンプレートを胴体および飛行表面外板上に位置合わせすること、次いで手持ち式ドリルを使用してテンプレートに穴を開けてリベットおよびねじの設置のために航空機構造を準備することを要してきた。したがって、構造に穴を配置することは概して人間の速度に限られ、広範な検査が必要であった。
たとしても、2つのレールによって確立される偏位包絡線の外側では作業を行なうことができない。
上述のニーズはこの発明によって大いに満たされ、1つの実施例では、相当な湾曲を有する工作物表面に適合できかつ工作物上の作業ゾーン内で穴を開けるなどの機械加工動作を行なうことができる可撓性レール工作機械の方法および装置が提供される。別の局面では、可撓性レール工作機械の方法および装置はさらに、手動で再位置決めすることなく少なくとも1つの軸に沿って表面を横断でき、表面に対して直角の穴を開けるなどの機械加工動作を行なうことができる。さらに別の局面では、可撓性レール工作機械の方法および装置はさらに、その取付機器の境界外で穴を開けるなどの機械加工動作を行なうことができる。さらに別の局面では、可撓性レール工作機械の方法および装置はさらに、基準座標系から設置状態の座標系まで所望の穴の場所を並進させることができる。別の局面では、可撓性レール工作機械の方法および装置は、容易に工作物に装着されることができ、工作物から取外されることができる。
この発明に従う実施例は、1つ以上の軸において相当な湾曲を有する可能性がある工作物の上にツールヘッドを位置決めするためのレールシステムを提供する。レール懸下システム上でのツールヘッドの滑らかな動きは、ツールヘッド上でローラなどの軸受機器を噛合わせることによってV字型のレール端縁面が接触する1つ以上の比較的長く、幅が広く、平坦な可撓性レールを含む主要レールシステムを使用することによって例示的な実施例において達成される。以下では長手方向の軸である、レール端縁面に対して平行なレールシステムの軸に沿ったツールヘッドの電動駆動は、例示的な実施例では、ツールヘッド上のピニオン歯車および第1のレールの中に形成されたラックを使用して達成される。
。Z軸を中心としたエンドエフェクタスピンドルの回転は、C軸の動きと称される。これらの動きに加えて、工作物に圧力与荷重をかけるための対応がなされている。さらに、A軸を中心としたツールヘッド全体の向きに微調節を加えるように補償器のための対応がなされている。
ようにする架橋横断V字型ローラ52と、架橋レール支持機構46をツールヘッド12に取付けるための架橋支持ブラケット54とを含む。
、向きが相当に異なる工作物表面の一部に適合し得る。
適でない他の環境において粗面または多孔質の表面にこの装置を取付けるには、機械的な締め金もしくは結合具または磁気もしくは渦電流結合機器に頼らなければならない可能性がある。
Claims (40)
- 工作物上で動作を行なうための可撓性レール工作機械であって、
工作物に結合された第1のレールと、
ツールヘッドと、
前記ツールヘッド上のエンドエフェクタとを含み、前記エンドエフェクタは工作機械の機能を実行する機構であって、前記可撓性レール工作機械はさらに、
前記第1のレールに対して前記ツールヘッドを取付および支持する第1の支持機構を含み、前記第1の支持機構は、前記ツールヘッドの第1の最大横方向限度位置と前記ツールヘッドの第2の最大横方向限度位置との間に位置する、可撓性レール工作機械。 - 前記第1の支持機構は、前記ツールヘッドの第1の横方向限度位置と前記ツールヘッドの第2の横方向限度位置との間の概して中間に位置する、請求項1に記載の可撓性レール工作機械。
- 前記エンドエフェクタは、前記ツールヘッドの第1の最大横方向限度位置の近位で前記ツールヘッドの第2の最大横方向限度位置の遠位に位置する、請求項1に記載の可撓性レール工作機械。
- 真空源をさらに含む、請求項1に記載の可撓性レール工作機械。
- 前記第1のレールは、
前記第1のレールに取付けられた第1の複数のスペーシングピンをさらに含み、前記スペーシングピンは工作物と接触し、それによって、前記第1のレールと第1の複数のポイントにおける工作物との間の設定距離を確立する、請求項1に記載の可撓性レール工作機械。 - 前記第1のレールは、
前記第1の複数のスペーシングピンに取付けられた第1の複数の真空カップをさらに含み、それによって、真空がかけられた状態で、前記スペーシングピンは工作物と接触するように解放可能に引き寄せられ、前記第1のレールは工作物に対して実質的に動かなくされ、前記第1のレールはさらに、
前記真空源と前記第1の複数の真空カップとの間の相互接続経路を含む、請求項5に記載の可撓性レール工作機械。 - 工作物に結合された第2のレールと、
前記第2のレールに対して前記ツールヘッドを取付および支持する第2の支持機構と、
前記第2のレールに取付けられた第2の複数のスペーシングピンとをさらに含み、前記スペーシングピンは工作物と接触し、それによって、前記第2のレールと第2の複数のポイントにおける工作物との間の設定距離を確立する、請求項3に記載の可撓性レール工作機械。 - 前記第2の支持機構は、前記ツールヘッドの第1の最大横方向限度位置において前記ツールヘッドに接続する、請求項7に記載の可撓性レール工作機械。
- 前記第2の支持機構は、前記ツールヘッドの第2の最大横方向限度位置において前記ツールヘッドに接続する、請求項7に記載の可撓性レール工作機械。
- 前記第2のレールは、
前記第2の複数のスペーシングピンに取付けられた第2の複数の真空カップをさらに含
み、それによって、真空がかけられた状態で、前記スペーシングピンは工作物と接触するように解放可能に引き寄せられ、前記第2のレールは工作物に対して実質的に動かなくされ、前記第2のレールはさらに、
前記真空源と前記第2の複数の真空カップとの間の相互接続経路を含む、請求項7に記載の可撓性レール工作機械。 - 前記第1のレールは、
前記第1のレールの第1の最大横断限度位置を含む第1の雄V字型溝をさらに含み、前記第1の雄V字型溝は、前記第1のレールの範囲全体にわたって概して直線および均一であり、前記第1のレールはさらに、
前記第1のレールの第2の最大横断限度位置を含む第2の雄V字型溝を含み、前記第2の雄V字型溝は、前記第1の雄V字型溝に対して概して平行である、請求項1に記載の可撓性レール工作機械。 - 前記第1の支持機構は、
前記第1のレールの前記第1の雄V字型溝に支えられる第1の周方向の雌V字型溝を有する第1の支持ローラと、
前記第1のレールの前記第2の雄V字型溝に支えられる第2の周方向の雌V字型溝を有する第2の支持ローラと、
第1の支持アームとをさらに含み、それによって、前記第1の支持ローラおよび前記第2の支持ローラは互いに実質的に固定された関係で保持される、請求項1に記載の可撓性レール工作機械。 - 前記第1の支持機構は旋回軸をさらに含み、それによって、前記第1の支持アームは前記ツールヘッドに付着する、請求項12に記載の可撓性レール工作機械。
- 前記第1のレールは、前記第1のレールの中に切込みを入れられたラックをさらに含む、請求項1に記載の可撓性レール工作機械。
- 前記ラックは、前記第1のレールの撓みの中立面に実質的に一致するピッチ面をさらに含む、請求項14に記載の可撓性レール工作機械。
- 前記第2の支持機構は、
前記第2のレールの前記第1の雄V字型溝に支えられる第3の周方向の雌V字型溝を有する第3の支持ローラと、
前記第2のレールの前記第2の雄V字型溝に支えられる第4の周方向の雌V字型溝を有する第4の支持ローラと、
第2の支持アームとをさらに含み、それによって、前記第3の支持ローラおよび前記第4の支持ローラは互いに固定された関係で保持される、請求項7に記載の可撓性レール工作機械。 - 前記第2の支持機構は、
前記第2の支持アームと一体化しかつ前記第2の支持アームに結合された第2の横断支持レールをさらに含み、前記第2の横断支持レールは、
前記第2の横断支持レールの局部的な前方限度位置を含む直線的な第1の雄V字型溝と、
前記第1の雄V字型溝に対して平行でありかつ前記第2の横断支持レールの局部的な後方限度位置を含む直線的な第2の雄V字型溝とをさらに含み、前記第2の支持機構はさらに、
前記第2の横断支持レールの前記第1の雄V字型溝に支えられる第5の周方向の雌V字
型溝が中に形成された第5の支持ローラと、
前記第2の横断支持レールの前記第2の雄V字型溝に支えられる第6の周方向の雌V字型溝が中に形成された第6の支持ローラと、
装着ブラケットとを含み、それによって、前記第5の支持ローラおよび前記第6の支持ローラは互いに固定された関係で保持され、前記第2の支持機構はさらに、
結合取付具を含み、それによって、前記装着ブラケットは前記ツールヘッドに付着する、請求項16に記載の可撓性レール工作機械。 - 前記結合取付具は、
穴パターンをさらに含み、それによって、前記結合取付具は複数の高さで前記ツールヘッドに取付けられることができる、請求項17に記載の可撓性レール工作機械。 - 前記結合取付具は、
機構をさらに含み、それによって、前記ツールヘッドに対する前記結合取付具の垂直位置が検出されることができる、請求項17に記載の可撓性レール工作機械。 - 前記結合取付具は、
機構をさらに含み、それによって、前記ツールヘッドに対する前記結合取付具の垂直位置が調節されることができる、請求項17に記載の可撓性レール工作機械。 - 前記第2の支持機構が前記ツールヘッドに結合される場所は、前記第1のレールから前記第2のレールにわたる領域内に前記エンドエフェクタを位置付ける、請求項7に記載の可撓性レール工作機械。
- 前記第2の支持機構が前記ツールヘッドに結合される場所は、前記第1のレールおよび前記第2のレールに対して片持ち梁の状態で前記エンドエフェクタを位置付ける、請求項7に記載の可撓性レール工作機械。
- 前記ツールヘッドは、
フレームと、
エンドエフェクタ横断ポジショナとをさらに含み、前記エンドエフェクタ横断ポジショナは、前記エンドエフェクタを前記フレームに取付け、前記エンドエフェクタが前記第1のレールの長手方向の軸に対して横切ってロック可能に移動できるようにする、請求項1に記載の可撓性レール工作機械。 - 前記ツールヘッドは、エンドエフェクタ横断傾斜角度アクチュエータをさらに含み、前記エンドエフェクタ横断傾斜角度アクチュエータは、前記エンドエフェクタを前記フレームに取付け、前記エンドエフェクタが前記第1のレールの長手方向の軸に対して平行な軸を中心にロック可能に回転できるようにする、請求項1に記載の可撓性レール工作機械。
- 前記ツールヘッドはエンドエフェクタ長手方向傾斜装置をさらに含み、前記エンドエフェクタ長手方向傾斜装置は、前記エンドエフェクタを前記フレームに取付け、前記エンドエフェクタが前記第1のレールの長手方向の軸に対して垂直かつ工作物の平均面に対して平行な軸を中心にロック可能に回転できるようにする、請求項1に記載の可撓性レール工作機械。
- 前記ツールヘッドはエンドエフェクタプランジャをさらに含み、前記エンドエフェクタプランジャは、前記エンドエフェクタを前記フレームに取付け、前記エンドエフェクタが概して工作物の平均面の方におよび工作物の平均面から離れるようにロック可能に移動できるようにする、請求項1に記載の可撓性レール工作機械。
- 前記ツールヘッドは、
第1の標準化センサと、
第2の標準化センサと、
傾斜制御装置とをさらに含み、前記第1および第2の標準化センサによって検出され、かつ前記傾斜制御装置に送られる変位は、前記エンドエフェクタ横断傾斜角度アクチュエータの調節を可能にする、請求項24に記載の可撓性レール工作機械。 - 前記ツールヘッドはエンドエフェクタ与荷重機構をさらに含み、前記エンドエフェクタ与荷重機構は、前記エンドエフェクタプランジャと交互に工作物に圧力をかけ、それによって、少なくともエンドエフェクタプランジャの作動の前および作動中に工作物に対して概して一定の力を維持する、請求項26に記載の可撓性レール工作機械。
- 前記ツールヘッドは反作用フットをさらに含み、前記反作用フットは前記エンドエフェクタ与荷重機構および前記エンドエフェクタによってかけられた力を相殺するように力をかける、請求項1に記載の可撓性レール工作機械。
- 前記第1のレールは、前記第1の複数のスペーシングピンに取付けられた第1の電磁取付システムをさらに含み、それによって、電力がかけられた状態で、前記スペーシングピンは工作物と接触するように解放可能に引き寄せられ、前記第1のレールは工作物に対して実質的に動かなくされる、請求項5に記載の可撓性レール工作機械。
- 前記第2のレールは、前記第2の複数のスペーシングピンに取付けられた第2の電磁取付システムをさらに含み、それによって、電力がかけられた状態で、前記スペーシングピンは工作物と接触するように解放可能に引き寄せられ、前記第2のレールは工作物に対して実質的に動かなくされる、請求項7に記載の可撓性レール工作機械。
- 前記第1のレールは、前記第1の複数のスペーシングピンに取付けられた第1の機械的取付システムをさらに含み、それによって、機械的力がかけられた状態で、前記スペーシングピンは工作物と接触するように解放可能に引き寄せられ、前記第1のレールは工作物に対して実質的に動かなくされる、請求項5に記載の可撓性レール工作機械。
- 前記第2のレールは、前記第2の複数のスペーシングピンに取付けられた第2の機械的取付システムをさらに含み、それによって、機械的力がかけられた状態で、前記スペーシングピンは工作物と接触するように解放可能に引き寄せられ、前記第2のレールは工作物に対して実質的に動かなくされる、請求項7に記載の可撓性レール工作機械。
- 工作物上で動作を行なうための可撓性レール工作機械であって、
工作物に第1のレールを取外し可能に結合するための手段と、
切断、保持、測定、加熱および工作物上での他の処理のうちの1つを行なうための手段と、
工作物に対して処理を行なうための前記手段を位置決めするための手段とを含む、可撓性レール工作機械。 - 工作物に第1のレールを取外し可能に結合するための前記手段に真空をかけるための手段と、
工作物に対して実質的に均一な距離だけ第1のレールを取外し可能に結合するための前記手段の間隔を空けるための手段とをさらに含む、請求項34に記載の可撓性レール工作機械。 - 工作物に第2のレールを取外し可能に結合するための手段と、
工作物に対して実質的に均一な距離だけ第2のレールを取外し可能に結合するための前記手段の間隔を空けるための手段と、
工作物に第2のレールを取外し可能に結合するための前記手段に真空をかけるための手段とをさらに含む、請求項34に記載の可撓性レール工作機械。 - 第2のレールに対して位置決めするための前記手段の横方向位置の浮動を可能にするための手段と、
位置決めのための前記手段の公称位置からの変化の限度を検出するための手段とをさらに含む、請求項34に記載の可撓性レール工作機械。 - 工作物上で工作機械の動作を行なうための方法であって、
工作物に対して第1のレールを位置決めするステップと、
工作物に対して均一な距離だけ第1のレールの間隔を空けるステップと、
工作物に第1のレールを取外し可能に結合するステップと、
第1のレールに対して機械加工ツールを固定するステップと、
機械加工ツールを使用して、切断、保持、測定、加熱および工作物上での他の処理のうちの1つを行なうステップとを含む、方法。 - 工作物への第1のレールの結合に真空をかけるステップをさらに含む、請求項38に記載の工作物上で工作機械の動作を行なうための方法。
- 機械加工ツールに対して第2のレールを横方向に浮動可能に固定するステップと、
工作物に対して第2のレールを位置決めするステップと、
工作物から均一な距離だけ離れるように第2のレールを間隔を空けて配置するステップと、
工作物に第2のレールを取外し可能に結合するステップと、
工作物への第2のレールの結合に真空をかけるステップとをさらに含む、請求項38に記載の工作物上で工作機械の動作を行なうための方法。
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