JP2012533439A

JP2012533439A - 自動調整可能な工作機械加工物搭載装置

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Publication number: JP2012533439A
Application number: JP2012520839A
Authority: JP
Inventors: サマック，ロバート，エー; リッチングズ，リチャード，ジェイ; ヘイ，ケビン，エー
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-07-17
Filing date: 2010-07-19
Publication date: 2012-12-27
Also published as: EP2454049A2; WO2011009135A3; WO2011009135A2; US8469345B2; KR20120036954A; US20110018185A1

Abstract

この発明の実施態様は、製造、修理、保守の間に加工物を支持し動きを抑制するのに使用される、種々の異なるタイプおよびサイズの自動化されたコンピュータ制御の調整可能な工作機械加工物搭載システムを含む。この発明の実施態様を具現する自動化されたコンピュータ制御の調整可能な工作機械加工物搭載システムは、一つまたは複数の調整可能な工作機械加工物搭載システム・モジュールから構築される。それぞれの調整可能な工作機械加工物搭載システム・モジュールは、非円形かつ非長円形の断面を持つ伸張可能な支持体のアレイからなる。この発明の一実施例では、伸張可能な支持体は、リニアアクチュエータによって、自動化されたコンピュータ制御の調整可能な工作機械加工物搭載システム・モジュールの基板または表面にほぼ垂直な方向に伸張され引き込められ、圧縮空気ブレーキによって所望の位置に維持される。
【選択図】
図９

Description

この出願は、2010年7月17日付けの米国仮出願第61/271,132号および2010年3月19日付けの米国仮出願第61/340,632号の利益を主張する。

本願発明は、工作機械、自動化および半自動化製造に関し、より具体的には自動化された調整可能な工作機械加工品搭載装置に関し、この装置は広範囲の異なる工作機械プロセスにおける加工物のための安定したプラットフォーム（台、載せ台）を提供するため、加工物の表面に合わせて計算制御される。

機械、装置その他の製造物の部品およびコンポーネントに、穴あけ、研削、整形、切断、研磨、平滑化、その他の処理を行う際、処理される部品またはコンポーネントの形状とは関係なく、一般にその部品またはコンポーネントをしっかり支持し動きを制限することが望まれる。たとえば、機械製作工は、穴あけ、整形および研削作業の間、加工物をしっかり取り付けるために調節可能な表面および把持部を有する広範囲の加工物保持具を使用する。もう一つの例として、旋盤などの種々の工作機械は、旋盤加工中に水平軸周りに正確に回転し水平軸に沿って並進する加工物の動きを抑制するチャンバおよび把持部を備える。同様に、航空機の翼、航空機の胴体、風力タービンのブレードその他の大きな製造物のような非常に大きな部品およびコンポーネントは、種々の異なる製造作業を進む間に支持され保持される必要がある。

製造中および修理中に部品、コンポーネントその他の対象物を支持するために、過去においては、製造業者が多数の異なるコンポーネント固有の大規模なジグまたは加工物保持具を設計製作することが普通であり、このようなジグまたは保持具に大規模な部品およびコンポーネントが支持され製造中に動かないようにされた。しかしながら、このような大規模な加工物保持具を製作し、使用し、維持し、保存するためのコストは非常に大きく、特に大規模生産された部品の生産量が少ないときは、そうである。最近、非常に大きな加工物のための調整可能な取り付けシステムまたはジグとして働く複雑で非常に大規模な工作機械が開発されている。

これらの調整可能な取り付けシステムは、一般にコンピュータ制御され、計算的にコード化された加工物表面に従って位置づけされる多数の油圧制御の支持部材を備えている。特殊用途の取り付け具およびジグを設計し、使用し、維持し、保存するのに比べるとコスト効率がよいが、これらの大規模な調整可能な工作機械搭載システムは、それでも高価であり、故障しやすいコンポーネントを含み、加工物面に関し支持部材の位置を維持するために大きなエネルギーを使用し、一度設置すると位置を変えるのが難しく、調整可能な工作機械搭載システムによって支持される加工物に加えられる製造工程から損傷を受けることがある。調整可能な工作機械搭載システムの設計者、製造者およびユーザは、製造工程を容易にし、自動化された調整可能な工作機械搭載システムの応用を拡張する改善を模索し続けている。

この発明の実施態様は、製造、修理、保守の間に加工物を支持し動きを抑制するのに使用される、種々の異なるタイプおよびサイズの自動化されたコンピュータ制御の調整可能な工作機械加工物搭載システムを含む。この発明の実施態様を具現する自動化されたコンピュータ制御の調整可能な工作機械加工物搭載システムは、一つまたは複数の調整可能な工作機械加工物搭載システム・モジュール（module、構成要素、複合部品）から構築される。それぞれの調整可能な工作機械加工物搭載システム・モジュールは、非円形かつ非長円形の断面を持つ伸張可能な支持体のアレイからなる。この発明の一実施例では、伸張可能な支持体は、リニアアクチュエータによって、自動化されたコンピュータ制御の調整可能な工作機械加工物搭載システム・モジュールの基板または表面にほぼ垂直な方向に伸張され引き込められ、圧縮空気ブレーキによって所望の位置に維持される。電力および制御信号は共通の一つまたは複数のケーブルを介してリニアアクチュエータに供給され、供給された電気エネルギーはリニアアクチュエータのコンデンサに保存され、支持体伸張コンポーネントおよびリニアアクチュエータ内のスイッチを駆動するのに使用される。

この発明の一実施例を代表するコンピュータ制御の自動化された調整可能な工作機械加工物搭載システム（ＷＭシステム）の基本概念を示す図。この発明の一実施例を代表するコンピュータ制御の自動化された調整可能な工作機械加工物搭載システム（ＷＭシステム）の基本概念を示す図。この発明の実施例のＷＭシステムの一つの特徴を示す図。この発明の一実施例によるＷＭシステムの実施の一方法を示す図。この発明の一実施例による図４に示される長方形のチャンバによって提供されるＷＭシステム・モジュール（ＷＭＳモジュール）へのサービス分配を示す図。この発明の一実施例による、図４に示される長方形のチャンバ内への２つのＷＭＳモジュールの搭載を示す図。この発明の一実施例を代表するＷＭＳモジュールを示す図。この発明の一実施例を代表するＷＭＳモジュールを示す図。図７に示すＷＭＳモジュールのようなＷＭＳモジュールの多数を図４から７に関連して示したＷＭシステム・チャンバ内に搭載して形成された、この発明の一実施例による大きなＷＭシステムを示す図。この発明の一実施例による、ＷＭＳモジュールの基板に搭載されたリニアアクチュエータ制御の伸張可能な支持体を示す図。この発明の一実施例による、ＷＭＳシステムのための長方形チャンバの垂直壁の頂部のスチール製のラナー（runner、滑走部）にＷＭＳモジュールの基板を調整可能に取り付けるために使われる取り付け装置を示す図。この発明の一実施例を代表するリニアアクチュエータ制御の伸張可能支持体の外観を示す図。この発明の一実施例による、ＷＭＳモジュールの基板の下の支持フレーム内に搭載されたリニアアクチュエータを示す図。この発明の一実施例による、リニアアクチュエータおよび圧縮空気ブレーキの内部コンポーネントを示す図。この発明の一実施例による、リニアアクチュエータおよび圧縮空気ブレーキの内部コンポーネントを示す図。この発明の一実施例による、圧縮空気ブレーキおよびリニアアクチュエータの内部コンポーネントを示すもう一つの図。この発明の一実施例による、リニアアクチュエータおよび伸張可能支持体の内部コンポーネントの分解図。この発明の一実施例による、加工物面に伸張可能支持体を適合させるために伸張可能支持体の端部に取り付けることができる種々の異なるタイプのアダプタを示す図。この発明の一実施例を代表する伸張可能支持体および搭載されたアダプタの断面図。この発明の一実施例を代表する圧縮空気ブレーキ（図１１の1108）の内部コンポーネントを上から下に見た図。この発明の一実施例による、ＷＭシステムの通信および電力分配構造を示す図。この発明の一実施例によるＷＭシステムの制御を示すブロック図。

この発明の実施例は、コンピュータ制御の自動化された調整可能な工作機械加工物搭載（machine-tool work-piece mounting）システムを指向する。以下の説明では、このシステムを「ＷＭシステム」と呼ぶ。下で説明するように、この発明の実施例を代表するＷＭシステムは、一つまたは複数のコンピュータ制御の自動化された調整可能な、以下「ＷＭＳモジュール」と呼ぶ、工作機械加工物搭載モジュールから構成される。この発明を代表するＷＭシステムは、配置容易性、製造の経済性、低電力消費、高信頼性、保守容易性、拡張性、および融通性を特徴とする。この発明の実施例を代表するＷＭシステムは、既存の工作機械システムに関し多数の革新および改良を含んでいる。

図１、２はこの発明の一実施例を代表するＷＭシステムの基本概念を表す。図１に示すようにＷＭシステムは、本質的に伸張可能な支持体のアレイ102からなる。図１では、伸張可能な支持体は引っ込んでおり、その端部がＷＭシステムの表面と同一平面になっている。したがって、伸張可能な支持体の四角の端部104のような端部だけが見えている。図１のＷＭシステムは、６ｘ１１の寸法のアレイである。つまり、図１のＷＭシステムは、行106のような伸張可能な支持体の行を６つ含み、各行は列108のような伸張可能な支持体の列を１１個含んでおり、合計６６個の伸張可能な支持体からなる。図２に見られるように、伸張可能な支持体の全部または小集合（サブセット）は、コンピュータ制御の下で伸張することができ、加工物を支持するために無期限に伸張位置に保持されることができる。図２では、加工物202は断面が湾曲した長い構造物であり、伸張した支持体204を含む伸張可能な支持体の小集合によって支持されている。伸張可能な支持体は、極めて高精度で所望の位置に伸張し固定することができる。この発明の実施例を代表するＷＭシステムの実施例によっては、伸張可能な支持体の端部は、３つの直交座標のすべての軸においてサブミリメートル（１ミリ以下）の精度で位置づけその位置に保持することができる。この発明の実施例を代表するＷＭシステムの他の実施例では、伸張可能な支持体の端部は、直交座標のすべの軸においてミクロンの精度で位置づけその位置に保持することができる。この精度は、正確な構成、伸張可能な支持体の１次元ｚ軸並進、ｚ軸位置のディジタル線形コード化、および伸張可能な支持体の前の位置付けによって影響されない正確なブレーキの産物である。伸張可能な支持体の伸張は、支持体を伸張させるリニアアクチュエータ内のコンデンサに貯蔵された電気エネルギーを使って実施され、伸張可能な支持体は、圧縮空気または「ショップエア(shop air)」で作用する高精度の圧縮空気ブレーキによって、無期限にその位置に保持される。この発明の実施例を代表するＷＭシステムは、伸張可能な支持体の位置決めをコンピュータシステムによって制御する。コンピュータシステムは、加工物面の計算的にコード化された記述に従って伸張可能な支持体をサブミリメートルの精度で位置決めすることができ、数百平方メートルの基板面をもつＷＭシステム内部でも可能である。

図３は、この発明の実施例を代表するＷＭシステムの一つの特徴を示す。図３に見られるように、２以上のＷＭＳモジュールを組み合わせて実施することにより、伸張可能な支持体の大きなアレイ302を構成することができ、図３の各モジュールは図１に示したアレイのようなＷＭＳモジュール304のような、伸張可能な支持体の６ｘ１１のアレイである。ＷＭＳモジュールは、リニアアクチュエータ制御の伸張可能支持体の本質的に任意の数の行および列を含むことができ、リニアアクチュエータを取り付ける平坦なプラテン（platen、テーブル、台）のような表面部材の機械的安定性によって主に制限される。いまの説明では、ＷＭＳモジュールおよびＷＭシステムは、平坦な同一平面のアレイとして示しているが、この発明の代替実施例では、ＷＭＳモジュールおよびＷＭシステムは、円筒状および球面状の部分を含む種々のタイプの曲面に配置された伸張可能な支持体からなることができる。この発明の多くのＷＭシステム実施例では、ＷＭシステムの表面は堅く機械的に安定であり、ＷＭシステムによって支持される加工物に対して行われる製造処理によって影響されないよう設計されている。たとえば、ＷＭシステムの表面は、スチールその他のロバストな材料の厚いプレートであり、伸張可能な支持体は、ガスケットを通して伸張しＷＭシステムの表面と同一平面で密閉するので、水その他の流体およびほこり、削りくずが表面から侵入して表面下のリニアアクチュエータその他のＷＭシステムコンポーネントを汚したり腐食したりすることはない。

図４、５、６はこの発明の一実施例によるＷＭシステムを実施する一方法を示す。図４は、ＷＭシステムを構築するためにＷＭＳモジュールを搭載する長方形チャンバを示す。長方形チャンバは、コンクリート製のレール402、403、垂直壁404、405、および掘削された長方形の容積を裏張りする床406からなる。スチールプレートすなわちラナー（runner、滑走部）408、409が垂直壁の頂部表面に設けられ、同じくラナー410、411が床に設けられている。これらのスチールのラナーは、ＷＭシステムコンポーネントがはめ合わされる堅く耐久性のある表面を提供する。

図５は、この発明の一実施例による図４に示した長方形チャンバによって提供されるＷＭＳモジュールへのサービス配送を示す。図５において第１の配送ライン502は、第１の垂直コンクリート壁404の内側に取り付けられその長さに沿って延びる。この配送ラインは、圧縮空気および真空マニホールドを介して圧縮空気および真空をＷＭＳモジュール内のリニアアクチュエータ制御の伸張可能支持体に配送する。配送ライン502は、ポート504―512を備え、これらのポートに圧縮空気または真空の導管またはホースが取り付けられ、ＷＭＳモジュール内のリニアアクチュエータ制御の伸張可能支持体の行に圧縮空気および真空を配送する。同様に第２の垂直壁405に取り付けられその長さに沿って延びる線形配送ライン503によって、電子通信および電力が配送される。

図６は、この発明の一実施例による、図４に示した長方形チャンバ内への２つのＷＭＳモジュールの搭載を示す。図６に見られるように第１のＷＭＳモジュール602が第２のＷＭＳモジュールに隣接して搭載されているので、２つのＷＭＳモジュールの基板は、第１および第２のコンクリートレール402および403と同一平面であり、連続する表面を形成する。ＷＭＳモジュールは搭載アダプタ608のような搭載アダプタを有する垂直支持部材606のような垂直支持部材によって支持される。搭載アダプタは、埋め込まれたラナー410および411に位置合わせされている。支持部材は、ＷＭＳモジュール基板の、または該基板の下の構造部材の図６に示さない下面に結合している。さらに、ＷＭＳモジュールは、垂直コンクリート壁404および405の頂部に沿った埋め込まれたスチールのラナー408および409に結合している。

図４―６に示す長方形チャンバおよび関連する搭載面はこの発明のＷＭシステム実施例を搭載することができる支持システムの多くの実施例のうちの一つを表すに過ぎないことを強調する。概して、支持システムは、ＷＭＳモジュールを搭載するための埋め込み面を持つ簡単な構造物、および圧縮空気、賃空、および通信/電力をＷＭＳ内のリニアアクチュエータに配送するための配送ラインを特徴とする。

図７Ａ、７Ｂは、この発明の一実施例を代表するＷＭＳモジュールを示す。モジュールは、プラテンすなわち平坦なＷＭＳモジュール基板702を備え、この基板にリニアアクチュエータ制御の伸張可能な支持体のアレイが下から取り付けられている（伸張可能な支持体の端だけが図７に見られる）。代替実施例では、リニアアクチュエータ制御の伸張可能な支持体は、ＷＭＳモジュール基板の上面に取り付けることができる。基板は種々のフレーム様の支持部材704―708によって支持される。垂直支持部材710のような垂直支持部材がＷＭＳモジュールの基板を下からさらに支持する。ＷＭＳモジュールの一端の金属コンポーネントボックス712が通信および電力配送コンポーネントを含み、このコンポーネントは通信および電力配送ライン（図５の504）と相互接続されている。ＷＭＳモジュールの遠い端において、真空導管またはホース714および716並びに圧縮空気導管またはホース718および720が真空および圧縮空気配送ライン722（図５の502）から真空および圧縮空気をＷＭＳモジュールに配送する。

図８は、この発明の一実施例による、図７に示したＷＭＳモジュールのような多数のＷＭＳモジュールが図４―６を参照して説明したＷＭシステムのチャンバ内に一緒に搭載されている様子を示す。図８では、圧縮空気および真空配送ライン802が多数のＷＭＳモジュールに局部的な真空および圧縮空気ホースまたは導管を提供する。

図９は、この発明の一実施例によるＷＭＳモジュールの基板に搭載されたリニアアクチュエータ制御の伸張可能な支持体を示す。図９では、真空作動の吸引カップ902のような真空作動の吸引カップが伸張可能な支持体の端に取り付けられ、ＷＭＳモジュールの基板すなわちプラテン904上に賃空カップのアレイを形成している。伸張可能支持体906のような伸張可能支持体はＷＭＳモジュールの基板の下に完全に引っ込んでいる。伸張可能支持体は、ＷＭＳモジュールの基板に下から取り付けられているリニアアクチュエータ908のようなリニアアクチュエータを通る。

図１０は、この発明の一実施例による、ＷＭＳシステムを搭載する長方形チャンバの垂直壁の頂部のスチール製のラナーに、ＷＭＳモジュールの基板を調整可能に搭載するのに使われる搭載装置を示す。ＷＭＳシステムのための長方形の受けチャンバは、すべての次元で完全に正確という訳ではないことがあるので、ＷＭＳモジュールは、ＷＭＳモジュールの基板が精密に同一平面にあり精密に位置合わせされるよう、長方形チャンバのスチール製のラナーに調整可能に搭載されなければならない。３次元直交座標系のｚ軸が垂直方向でｘおよびｙ軸がＷＭＳモジュールの基板の面に水平にあると考えると、調整可能な搭載装置1002は、調整可能な搭載装置の近くのＷＭＳモジュールの部分をｘ、ｙ、ｚ方向において、調整する。

調整可能な搭載装置の長方形ブロック1004は、３つの層1006―1008を含む。最下層1008は、固形のプレートである。中間層1007は、中央部に大きな開口を持つ固形のプレートである。中央の開口は搭載アダプタまたは垂直部材1010のフット（foot、足、最下部）よりも寸法が大きく、垂直部材1010は上下からＷＭＳモジュール1012の基板にボルト止めされている。中央層1007の開口は支持部材1010のフットより大きいので、支持部材1010は底部板1008に関し相対的にx/y方向に動くことができる。底部板1008は、下のスチール製のラナーに溶接その他の方法で固定されている。上層1006も垂直支持部材1010のシャフトよりも大きい開口を持つプレートであるが、垂直支持部材のフットより小さく、垂直支持部材は、層ブロック1004の中央層1007の大きな開口内で上から保持されている。ＷＭＳモジュールがxおよびy方向において正しく配置される時、上層1006を垂直支持部材1010のフットへと下に押して垂直支持部材を所望のx/y位置に保持するために、上層1006を通って中間層1007および下層1008に延びるボルトを締める。調整可能搭載装置の近くのＷＭＳモジュールのｚ位置は、ボルトの位置をＷＭＳモジュールの基板1012の上下に調整することによって変えることができる。

図１１は、この発明の一実施例を代表するリニアアクチュエータ制御の伸張可能支持体の外観を示す。図１１において、吸引カップ1102が伸張可能支持体の頂部に搭載されており、伸張可能支持体1104の下端はリニアアクチュエータの底部搭載プレート1106よりずっと下にある。圧縮空気ブレーキ1108は代替的にリニアアクチュエータの下に搭載されてもよく、リニアアクチュエータの両端に２つの圧縮空気ブレーキを搭載することもできる。ガスケット様のシール1112が圧縮空気ブレーキの内部を密閉するので、流体、削りくず、研磨剤などは、圧縮空気ブレーキまたは伸張可能シャフトの縁に沿ったリニアアクチュエータに入ることができない。図11に示すリニアアクチュエータは、ＷＭＳモジュール基板の上面に搭載されるよう構成されている。搭載プレート1106は、図７―９に示した実施例では圧縮空気ブレーキの上に搭載され、これらの実施例では、リニアアクチュエータはＷＭＳモジュールの基板の下に搭載される。

伸張可能支持体シャフトは、その回転を妨げる非円形で非楕円形の断面を持つ。概して、伸張可能支持体シャフトは、伸張可能支持体シャフトの長軸に沿って延びる平坦な表面をもち、この表面は圧縮空気作動のブレーキ材料がこれに対して伸張可能支持体シャフトを位置に保持するよう強制されるブレーキ面となる。

図１２は、この発明の一実施例による、ＷＭＳモジュールの基板の下の支持フレーム内に搭載されたリニアアクチュエータを示す。図１２において、ＷＭＳモジュールの基板は示されていないので、ＷＭＳモジュールの基板の下に搭載されたリニアアクチュエータを見ることができる。図１２において、リニアアクチュエータ1202が基板の下のフレーム内に見ることができ、吸引カップ1204が上向きの伸張可能支持体の端部に取り付けられている。

図１３、１４は、この発明の一実施例による、リニアアクチュエータおよび圧縮空気ブレーキの内部コンポーネントを示す。図１３は、リニアアクチュエータおよび圧縮空気ブレーキを収容する長方形のハウジングを除いたリニアアクチュエータおよび圧縮空気ブレーキを示し、その内部構造を示している。リニアアクチュエータは、６つのスーパーコンデンサ（super capacitor）を備え、その内の３つのコンデンサ1302―1304を図１３に見ることができる。スーパーコンデンサは、組み合わされた通信/電力ケーブルから時間をかけて比較的低入力電圧で充電される。これらは、図１３に示さない電気モータに電力を供給し、電気モータは、回転プーリシャフト1306を共に駆動する遊星ギアボックスに接続されており、プーリシャフト1306はベルト1308を介してウレタンローラ1310を搭載した回転シャフトを駆動し、伸張可能支持体をプロセッサ制御の下で垂直方向に上下に駆動する。伸張可能シャフトは、図１３にその内の５つを示す位置合わせローラ1316―1320によりｘおよびｙ方向で制約される。図１４は、リニアアクチュエータの動きを示す。電気モータ/遊星ギアボックスによる駆動シャフトの回転がローラシャフト1404を駆動し、これによりローラ（図１３の1310）が伸張可能シャフト1406の表面上で回転して伸張可能シャフトを垂直なｚ方向に上または下に駆動する。

図１５は、この発明の一実施例を代表する圧縮空気ブレーキおよびリニアアクチュエータの内部コンポーネントを示すもう一つの外観図である。この図では、電気モータ1502および遊星ギアボックス1504がはっきり見える。さらに、ベルト張力調整装置1506がローラシャフトの回転を駆動するベルトの張力を制御する。リニアアクチュエータとコンピュータとの間の電子的インターフェイスを提供するマイクロプロセッサ内蔵の印刷回路ボード（ＰＣＢ）1508もこの図に見ることができる。

図１６は、この発明の一実施例を代表するリニアアクチュエータおよび新加納可能支持体の内部コンポーネントの分解図である。図１７は、この発明の一実施例による、伸張可能支持体を加工物面に適合させるために、伸張可能支持体の端部に搭載される種々の異なるタイプのアダプタを示す。３つの異なる真空作動される吸引カップアダプタ1702―1704およびアダプタアセンブリ1706-1708、並びにプレート様のアダプタ1710が示され、アダプタ1710は、２つの伸張可能支持体1714、1716の間にツール様のアダプタ1712を搭載するためのものである。図１８は、この発明の一実施例を代表する伸張可能支持体およびアダプタの断面図である。真空は、配送ホースまたは導管から伸張した支持体の下端1802に加えられ、下端1802は伸張可能支持体およびアダプタ搭載装置1808内の垂直空洞1806を含む内部空洞を介して真空作動の真空カップ1804に接続されている。伸張可能支持体は、コード化された磁気片（strip、帯状の細片）1810を備え、この磁気片はディジタル線形エンコーダによって読み取られ、これによりマイクロプロセッサが伸張可能支持体およびアダプタの垂直位置を判断する。さらに、その一つを図１８にターゲット1812として示す近接スイッチによって感知される２つのターゲットが、伸張可能シャフトが２つの伸張極点のいずれかにまで延びたことを感知し、マイクロプロセッサ・コントローラに通知することを可能にし、マイクロプロセッサ・コントローラは、これにより伸張可能シャフトがリニアアクチュエータの上または下に延びるのを防止する。

図１９は、この発明の一実施例を代表する圧縮空気ブレーキ（図１１の1108）の内部コンポーネントを上から下に見た図である。亜種句空気ブレークは、４つの圧縮空気ピストン1902―1905を備える。亜種句空気は、マイクロプロセッサ・コントローラによって作動される電子ソレノイドスイッチによって制御され、４つの圧縮空気ポート1908―1911に入る。圧縮空気がこれらのポートに入れられるとき、圧縮空気ピストンは圧縮空気ブレーキの中央に向けて押され、２対のウェッジ1916および1918を一緒に押し、ブレーキ材料1920および1922をほぼ正方形の断面1924の伸張可能シャフトの反対面に向けて押しつける。控えめの圧縮、平方インチ当たり１００ポンド未満の圧縮空気が圧縮空気ポート1908―1911に導入される時、圧縮空気ブレーキは伸張可能支持体の表面に数千ポンドの力をかけることができる。

図２０は、この発明の一実施例による、ＷＭシステムの通信および電力配送構造を示す。ＷＭシステムは、外部コンピュータ2002に寄って制御され、このコンピュータは、複数のイーサネットによる電力供給（power-over-Ethernet、ＰＯＥ）ハブ2004―2006を制御する。各ＰＯＥハブは、カテゴリ５（ＣＡＴ―５）のイーサネットケーブルを通して48個までのリニアアクチュエータに電力およびイーサネット・パケットを配送する。

図２１は、この発明の一実施例によるＷＭシステムの制御を示すブロック図である。図２１は、一つのリニアアクチュエータの観点からＷＭシステム内の制御を示す。リニアアクチュエータは、上述のようにＰＯＥハブ2106からＣＡＴ―５イーサネットケーブルによりイーサネットデータ2102および電力2104を受け取る。リニアアクチュエータ内で、ＣＡＴケーブルからの電力は電力コントローラ2108に経路制御され、電力コントローラは、スーパーコンデンサの集合2110、通信処理コンポーネント2112、および一つまたは複数のファームウェアおよび/またはソフトウェア制御のマイクロプロセッサとして実施される動き処理コンポーネント2114に電力を配送する。通信プロセッサは、ＷＭシステム全体を制御する外部コンピュータ（図２０の2002）への電子インターフェイスを本質的に実施する。外部コンピュータから制御コマンドを受け取ると、通信プロセッサは、コマンドを実行してリニアアクチュエータ内の電子ソレノイド2116および2118並びに電気モータ2120を制御し、圧縮空気ブレーキへのショップエア(shop air)の提供、および伸張可能シャフトの端部のアダプタ2122への真空の提供を制御し、伸張可能支持体の位置を制御する。ディジタルリニアエンコーダは、動きプロセッサ2114に位置フィードバックを提供する。

この発明を特定の実施例について説明したが、この発明が実施例に限定されることを意図していない。改変はこの分野の人にとって明らかである。たとえば、上述のようにＷＭＳモジュールは本質的に任意の数のリニアアクチュエータ制御の伸張可能シャフトを本質的に任意の数の行および列に含むことができる。上述のようにＷＭＳモジュールの基板は上述の実施例のように平坦であってよいが、代替的に球形または円筒形のセクションのような曲面を持っていてもよい。上述のステップモータ/遊星ギアボックス/回転ローラの機構が極めて効率的であることが証明され、伸張可能支持体を伸ばし引っ込めるための精密機構および圧縮空気ブレーキが伸張可能シャフトを固定位置に保持するために極めて効率的であることが証明されているが、伸張可能シャフトを伸ばし引っ込め伸張可能シャフトを位置に保持するための他の機構も可能である。ＷＭシステムのために広範囲の異なるタイプの支持構造およびフレームワークを考案することもできる。伸張可能シャフトの伸張制御を提供するため広範囲の異なるユーザインターフェイスを実施するこができ、ＷＭシステムが多様なタイプの加工物および加工物面に適合する支持構造を提供することを可能にする。コンピュータを制御するプログラムは、加工物の電子的にコード化された記述を受け取り、適合する支持を提供するためにこの記述に従って伸張可能シャフトの位置を自動的に調整する。代替的に、より細かい粒度の伸張可能支持体の位置づけ制御を任意の数の異なるタイプのインターフェイスを介して提供することができる。さらに、コンピュータシステムは、リニアアクチュエータ制御の伸張可能支持体のアレイを構成設定（configure）し補正するための構成設定モジュールを提供する。

以上の記述は、説明目的で、この発明の完全な理解を提供するため特定の用語を使用した。しかし、この発明を実施するためには具体的な詳細は必要ないことが当業者にとって明らかであろう。この発明の上記の具体的な実施例の記述は、イラストレーションおよび説明のために提示した。記述は、過度になったりこの発明を開示したままの形に限定したりすることを意図するものではない。以上の教示内容に照らし多くの修正および改変が可能である。実施例は、この発明の原理およびその応用を最良に説明し、当業者が考えられる特定の用途に適するように種々の改変を加えてこの発明および実施例を最良に利用することができるよう、示し説明した。この発明の範囲が特許請求の範囲の記載およびその均等物で規定されることを意図している。

Claims

自動化され、調整可能な工作機械加工物搭載システムであって、
基板と、
非円形かつ非楕円形の断面を持つ伸張可能な支持体を制御するリニアアクチュエータであって、前記基板に搭載されて前記伸張可能な支持体が該基板に垂直な方向に伸張され引き込まれるのを可能にし、該伸張可能な支持体の伸張および引き込みは該リニアアクチュエータ内のスーパーコンデンサからの電力で行われる、リニアアクチュエータと、
前記リニアアクチュエータの上若しくは下またはその両方に搭載され前記伸張可能な支持体を判断した位置に保持する圧縮空気ブレーキと、
加工物面に適合する支持構造を発生するために、前記伸張可能な支持体を位置づけ、該伸張可能な支持体を保持するよう前記圧縮空気ブレーキを制御するため前記リニアアクチュエータにコマンドを発行する制御プログラムを実行するコンピュータシステムと、
を備える工作機械加工物搭載システム。
前記工作機械加工物搭載システムが２つ以上の自動化され調整可能な工作機械加工物搭載システム・モジュールを備え、それぞれの工作機械加工物搭載システム・モジュールは、
基板と、
非円形かつ非楕円形の断面を持つ伸張可能な支持体を制御するリニアアクチュエータであって、前記基板に搭載されて前記伸張可能な支持体が該基板に垂直な方向に伸張され引き込まれるのを可能にし、該伸張可能な支持体の伸張および引き込みは該リニアアクチュエータ内のスーパーコンデンサからの電力で行われる、リニアアクチュエータと、
前記リニアアクチュエータの上若しくは下またはその両方に搭載され前記伸張可能な支持体を判断した位置に保持する圧縮空気ブレーキと、
を備える、請求項１に記載の工作機械加工物搭載システム。
前記リニアアクチュエータのそれぞれが、
前記伸張可能な支持体の伸張および引き込みに電力を与える複数のスーパーコンデンサと、
ベルトを駆動するため遊星ギアボックスに接続された電気モータであって、該ベルトがローラを搭載したローラシャフトを駆動し、該ローラが前記リニアアクチュエータによって制御される前記伸張可能な支持体に機械的な力を加える、電気モータと、
前記伸張可能な支持体の伸張および引き込みの方向に垂直な方向において前記伸張可能な支持体の位置的な安定性を提供する複数の位置合わせローラと、
電子通信媒体を介して前記コンピュータシステムにインターフェイスし前記電気モータの動作を制御するマイクロプロセッサに基づくコントローラと、
を備える、請求項１に記載の工作機械加工物搭載システム。
前記伸張可能支持体が、第１の端部において、前記加工物とインターフェイスするためのアダプタを備え、第２の端部において、該加工物を把持するよう真空作動のアダプタを作動させる真空システムに接続されている、請求項１に記載の工作機械加工物搭載システム。
前記アダプタが真空作動の吸引カップである、請求項４に記載の工作機械加工物搭載システム。
伸張可能支持体ペアのそれぞれの伸張可能支持体は、種々のツールおよびアダプタが搭載されるアダプタプレートに接続されている、請求項４に記載の工作機械加工物搭載システム。
それぞれの圧縮空気ブレーキが２対の圧縮空気ピストンを備え、該圧縮空気ピストンの対は、圧縮空気が加えられるとき、共に２つのウェッジを駆動して伸張可能支持体と接触するブレーキ材料に圧力を加え、該伸張可能支持体を固定位置に支持する、請求項１に記載の工作機械加工物搭載システム。
電力および通信信号の両方が共通の媒体を通して前記リニアアクチュエータに送られる、請求項１に記載の工作機械加工物搭載システム。
前記共通の媒体がＣａｔ−５イーサネットケーブルである、請求項８に記載の工作機械加工物搭載システム。
電力および通信信号がイーサネットによる電力供給（power-over-Ethernet、ＰＯＥ）ハブを通して個々のリニアアクチュエータに経路制御される、請求項８に記載の工作機械加工物搭載システム。
該伸張可能な支持体の第１の端部に搭載されたアダプタが加工物のコンピュータ読みとり可能な記述でコード化された加工物面に合うよう位置づけられるよう、前記コンピュータシステムが自動的に前記伸張可能な支持体を位置づける、請求項１に記載の工作機械加工物搭載システム。
ユーザが、前記工作機械加工物搭載システムを構成設定し補正すること、前記加工物のコンピュータ読みとり可能な記述を入力すること、伸張可能支持体を伸張および引っ込めること、および加工物面に合った支持構造を作ること、を可能にするユーザインターフェイスを前記コンピュータシステムが提供する、請求項１に記載の工作機械加工物搭載システム。
前記伸張可能な支持体は、圧縮空気により加工物面に合った支持構造を生成する位置に保持され、加工物は、伸張可能な支持体および伸張可能な支持体のアダプタを介して真空により保持される、請求項１に記載の工作機械加工物搭載システム。
前記工作機械加工物搭載システムは、埋め込みレールを有する長方形の空洞内に搭載装置により搭載され、該搭載装置は、３層の搭載ブロックおよび前記基板に上下からボルト留めされた支持部材を備える、請求項１に記載の工作機械加工物搭載システム。
前記支持部材に搭載されたフットは、前記３層の搭載ブロックの中間層の開口よりサイズが小さく、ねじ付きボルトからの力により該３層の搭載ブロック内の固定位置に保持され、該ボルトは、締められるとき、該３層の搭載ブロックの上層を前記中間層に向けて押す力を加える、請求項１４に記載の工作機械加工物搭載システム。