JP2010530104A - 並列アーキテクチャマシンを用いた大型部品の現場加工の方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、複数の脚によって固定面板に連結される工具担持可動面板を有するタイプの、並列アーキテクチャマシンと呼ばれるマシンを用いた部品の加工方法に関するものであり、このマシンは工具の理論上の行程を実行するためにプログラミングされている加工方法において、マシン（１）の固定面板（４）を、加工すべき部品の領域に対して固定すること、マシンに固有の第一の実体と部品に固有の第二の実体との間の相対的な位置の測定を実行すること、先に得られる測定値から、座標系における第一の実体の座標と傾きの正確な位置を演繹すること、一つまたは複数の工具のプログラミングされた理論上の行程を、先の過程で計算される二つの実体の正確な相対的位置決めに応じて変更することを特徴とする方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、並列アーキテクチャマシンを用いた、部品の新規な加工方法に関するものである。

部品の加工とは、例えば、また非限定的に、機械加工、フライス削り、研磨、溶接、槌打ちなどである。

並列アーキテクチャマシンは、例えば、本出願人の複数の特許の対象になっているヘキサポッドである。そのようなマシンは主として固定面板と可動面板を有しており、該可動面板は、上に列挙される一つまたは複数の加工を実現するために利用される一つまたは複数の工具を支えるものである。マシンの固定面板は、例えばヘキサポッドの場合は六本である一組の脚（またはアーム）によって可動面板に連結されており、そして可動面板は、その加工スペースにおいて予定された加工を実行するために、または部品についてある種の測定を行うために、固定面板に対して移動する。

本発明の目的は、並列アーキテクチャマシンを用いて大型部品を現場で機械加工または加工することである。

ところで、現場で加工する既知のマシン、すなわち機械加工すべき部品に固定される既知のマシンは、非常に高速の機械加工（略してＨＳＭ）を実現すること、同時五軸加工すること、コンピュータ制御ワーピングをすること、これらの加工を互いに組み合わせることができない。本発明による方法は、先行技術のこの問題を解決しなければならないことになる。

問題は、並列アーキテクチャマシンと呼ばれるマシンを用いた部品の加工方法から成る本発明によって解決されるが、該並列アーキテクチャマシンは、複数の脚によって固定面板に連結された工具担持可動面板を有するタイプのものであり、このマシンは、工具の理論上の行程を実行するためにプログラミングされており、該加工方法は以下のことを特徴としている：
‐マシンの固定面板を、加工すべき部品の領域に対して固定する、
‐マシンに固有の第一の実体、すなわちマシンそれ自体またはマシンの台座と、部品に固有の第二の実体、すなわち部品または部品に場合によっては固定される工具類との間の相対的な位置の測定を実行する、
‐先に得られる測定値から、座標系における第一の実体の座標と傾きの正確な位置を演繹する、
‐先の過程で計算される二つの実体の正確な相対的位置決めに応じて、一つまたは複数の工具のプログラミングされた理論上の行程を変更する。

とりわけ、部品（１）にマシンを直接的または間接的に固定することにある解決案は、先行技術では既知ではない。

次のような添付の図面を参照して以降の説明を読むことによって、本発明をよりよく理解することができるであろう。

加工すべき部品のすぐ近くに位置決めされた台座に固定されている並列アーキテクチャマシンを示す平面図であり、該加工されるべき部品はここでは大型タンクである。 加工すべき部品のすぐ近くに位置決めされた台座に固定されている並列アーキテクチャマシンを示す側面図であり、該加工されるべき部品はここでは大型タンクである。 台座に固定されている並列アーキテクチャマシンを示す正面図であり、台座自体が加工すべき部品におおよそに固定されており、該加工すべき部品はここでは例えば大型タンクである。 台座に固定されている並列アーキテクチャマシンを示す側面図であり、台座自体が加工すべき部品におおよそに固定されており、該加工すべき部品はここでは例えば大型タンクである。 台座に固定されている並列アーキテクチャマシンを示す平面図であり、台座自体が加工すべき部品におおよそに固定されており、該加工すべき部品はここでは例えば大型タンクである。 固有の動作で稼動することができるテーブルに固定される並列アーキテクチャマシンを示す正面図である。 固有の動作で稼動することができるテーブルに固定される並列アーキテクチャマシンを示す側面図である。 固有の動作で稼動することができるテーブルに固定される並列アーキテクチャマシンを示す平面図である。

説明の続きについて、用語「マシン」（１）は、例えばヘキサポッドである、以上に定義されるような並列アーキテクチャマシンを意味し、固定面板（４）、可動面板（５）を有し、これらの面板は複数の脚（６）によって連結されている。

本方法の第一の過程は、マシン（１）の固定面板（４）を、加工すべき部品（３）のすぐ近くに置かれる台座（２）（例えば図１および図２ではＬ型金物に、または直接的もしくは間接的に部品（３）に、おおよそに固定することにある。この後者の固定タイプの例として、図３から図５では、台座（２）に固定されるマシン（１）を示しているが、該台座自体が固定システム（７）によって部品におおよそに固定されているかまたは留められている。

この開始位置において、マシンによって担持される（一つまたは複数の）工具（８）は、したがって、工具が加工しなければならない部品の領域（９）に対しておおよそに位置決めされる。本方法の後続の過程では、マシンと部品のこの相対的な位置決めを修正しなければならないことになるが、二つの相いれない制約に関連する解決されるべき問題が存在する。第一の制約は、固定面板（４）の位置を変えることも、例えば大型タンク、飛行機の翼などのような部品（３）の位置を変えることもできないということであり、第二の制約は、その場で加工しなければならないこと、よってマシンを移動させなければならなくなることである。

本発明による方法は、この問題を解決すること、そしてマシンを部品の方へまたは部品上で移動させながらこの位置決めを修正することにある。

本方法の第二の過程は、二つの実体間の相対的な位置の測定を行うことにあり、第一の実体とはマシン（１）またはマシンの台座（２）であり、第二の実体とは部品（３）または部品に場合によっては固定される工具類である。

二つの実体間の相対的な位置を測定するためには三つの手段がある：
‐表示されていない外的な測定手段、例えばレーザートラッカー、電子レベル、写真測量などを用いる手段。
‐第一の実体の可動面板（５）を第二の実体の前に移動させて、移動中に可動面板（５）と第二の実体との間の一つまたは複数のずれを測定する手段。
‐これらの二つの測定方法を組み合わせる手段。

本発明の次の過程において、情報処理ソフトが、いずれかの測定方法によって先に得られる測定値から、例えば部品の座標系かまたは部品に関連した座標系であるあらかじめ決められたＯｘ、Ｏｙ、Ｏｚ三軸座標系のような座標系における、第一の実体また好ましくはマシンの固定面板の、座標と傾きでの課せられる公差を考慮した正確な位置を演繹する。この固定面板の位置の測定過程は、工具に対する測定方法しかない先行技術では既知ではない。

本方法の最後の過程において、一つまたは複数の工具用にプログラミングされている理論上の行程を、実行すべき加工によって課せられるかまたは必要とされる公差を考慮して、先の過程で計算された二つの実体の相対的な位置決めに応じて、またとりわけ固定面板の正確な位置決めに応じて変更する。

より特徴的には、先の結果から、ソフトは、部品に対する固定面板の実際の位置を計算して、工具の理論上の行程をしかるべく変更することを可能とする移動マトリックスを作成する。

本発明による方法は、一つの工具のみを担持するマシンにも複数の工具を担持するマシンにも同じように適用されるが、該複数の工具はそれらを担持する面板に対して固定されるか、または固有の動作で稼動されることができるものであり、この場合面板は、例えばそして非限定的に、フライス削りを実現するエレクトロスピンドル、槌打ちを実現するために工具の往復運動を可能にするジャッキシステム、または他のあらゆるタイプの工具動作装置であることができる、動作装置を備えている。

さらに、台座（２）は、固定されているかまたはある加工場所から別の加工場所へ移動可能であることができ、該台座はそのうえ、固有で自律的な動作で稼動することができる。例として、図６から図８は、交差運動手段および／または回転運動手段を備えたテーブル（１０）に台座（２）を介して固定されるマシン（１）を示している。

本発明による方法の性能および利点は、非限定的に、個々にまたは組み合わせて実現される。

‐非常に多様な工具類の可能性
標準では、例えば、３００００回転／分の４０ｋＷの機械加工用エレクトロスピンドルが提案される。

オプションで、マシンは、より多様な工具類を備えることができる。マシンは、そうすれば高精度で非常に高剛性のロボットとなる。すなわち、Ｏｚ軸方向における剛性は、７００ニュートン／ミクロンを超えることができる。

‐高速機械加工（ＨＳＭ）の可能性
部品への応力は非常に小さい。同様に台座への応力も非常に小さい。したがって、それぞれ個別の場合に適した台座を見出すことは容易である。部品は、強く固定される必要がない。

応力が小さいので、残留応力は小さく、したがって、部品の変形はほとんどなく、よって部品の寿命期間はより長い。
応用例：飛行機の翼がキャスター付き台車の上に置かれ、その全体が、地面に打ち込まれる二つのベルト（通常はトラック運送業者によって利用されるもの）で固定される。マシンはＬ型金物に固定される。翼とキャビンとの間の接合面の機械加工を実現するには、これで十分である。同じ原理で、キャビン上の接合面を機械加工することができる。

必要であれば（修理の場合）、機械加工の厚さは非常に薄く定められる。これは研削の代わりとなる。機械加工の厚さを非常に厚く定めることも大いに可能であり、これは切り屑の大量除去をともなう。

難しいと見なされている素材を機械加工することができる（ステンレス鋼、インコネル、チタン、処理鋼など）。

したがって、例えば、６５ＨＲＣまでの素材を、ＨＳＭでフライス削りすることができる。これは研削の代わりとなる。

このように、最も硬い素材も最も柔らかい素材も機械加工される（複合材料、軽合金）。

小径の工具で十分である。したがって、直径２０ｍｍの工具で、切り屑の量が非常に多くなり得る。該工具は、４０ｋＷを消費する大径の工具に相当する。

‐マシンの非常に単純な操縦
プログラムは、どんなＣＡＭに基づいていても非常に単純に書き込まれ、特殊なポストプロセッサを必要としない。

荒削り、温度に応じた調整、工具の修正などは、いかなる訓練も必要としない単純な機能である。荒削りのモジュールは、マシンの操縦ソフトに組み込まれることができ、工具の全行程を計算し直して、傾きのあらゆる修正（ローリング、ピッチング、ヨーイング）および座標（ｘ、ｙ、ｚ）のあらゆる修正を行う。
‐マシンの移動を可能にする、マシンの連続動作能力、軽さ、かさばらないこと。
‐外側もしくは内側の単純な台座の利用、または台座なしの利用であって、台座なしの利用は大型部品向けに有利である。

ここで明確にしておくが、本明細書において「おおよそ」または「おおよそに」という言葉は「精度を気にしないこと」を意味しており、その結果、工具が、マシンの最初の固定のときに、工具が有するはずの理論上の加工位置になく、工具が、課せられる公差を超える、この理論上の位置に対する座標および／または傾きのずれを呈することがある。本発明の方法は、前記公差に応じてこれらのずれを除去または修正することができる。明らかなのは、マシンの最初の固定のとき、加工領域（９）はマシンの加工スペースに存在しなければならないことである。

工具の理論上の行程および本方法によって得られる測定値が、同じ座標系において計算されることができることもまた明確にしておく。

１ マシン
２ 台座
３ 部品
４ 固定面板
５ 可動面板
６ 脚
７ 固定システム
８ 工具
９ 加工領域
１０ テーブル

Claims (13)

1. 並列アーキテクチャマシンと呼ばれるマシンを用いた部品の加工方法であって、該並列アーキテクチャマシンが、複数の脚によって固定面板に連結される工具担持可動面板を有するタイプのものであり、このマシンが、工具の理論上の行程を実行するためにプログラミングされている加工方法において、
   ‐マシン（１）の固定面板（４）を、加工すべき部品の領域に対して固定すること、
   ‐マシンに固有の第一の実体と部品に固有の第二の実体との間の相対的な位置の測定を実行すること、
   ‐先に得られる測定値から、座標系における第一の実体の座標と傾きの正確な位置を演繹すること、
   ‐一つまたは複数の工具のプログラミングされた理論上の行程を、先の過程で計算される二つの実体の正確な相対的な位置決めに応じて変更すること
   を特徴とする加工方法。
2. 第一の実体がマシンそれ自体であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 第一の実体がマシンの台座であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 第二の実体が部品それ自体であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一つに記載の方法。
5. 第二の実体が部品に固定される工具類であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一つに記載の方法。
6. より特徴的にはマシンの固定面板の位置を演繹することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
7. 外的な測定手段を用いて二つの実体間の相対的な位置を測定することを特徴とする、請求項１から６のいずれか一つに記載の方法。
8. 第一の実体の可動面板（５）を第二の実体の前に移動させることによって二つの実体間の相対的な位置を測定すること、また移動中に可動面板（５）と第二の実体との間の一つまたは複数のずれを測定することを特徴とする、請求項１から６のいずれか一つに記載の方法。
9. 二つの測定方法を組み合わせることを特徴とする、請求項７または８に記載の方法。
10. マシンが部品に直接的または間接的に固定されることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一つに記載の方法。
11. マシンが、固定された台座を介して部品に固定されることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
12. マシンが、移動可能な台座によって部品に固定されることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
13. 台座（２）が固有の動作で稼動することを特徴とする、請求項１２に記載の方法。

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