JP2015042439A - ５軸穴転写システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コンピュータ又は他の電子機器の助けを必要とせずに、穴を正確に複製するための穴転写システムを提供する。【解決手段】穴転写システムは、穴を正確に複製するための５軸穴ベクトルを機械的に取得し、モーター及びドリルをそのベクトルで固定するジンバルアセンブリを含む。このシステムにより、複数の変更可能な穴ベクトルを有する部品の極めて正確に一致する掘削が可能となる。加えて、このシステムは、Ｚ軸において調整することができ、これにより、掘削前に無限かつ正確なドリル先端の位置付けが可能となるので、精度を向上させ、削りくずの出口を管理することができる。クイルスリーブ内部の交換可能なドリルアダプターにより、使用対象となるドリルのサイズ範囲が広くなる。【選択図】なし

Description

本発明は、概して、穴パターンを第１の構成要素から第２の構成要素へ転写するためのシステムに関する。

航空機、機械、又は部品の他のアセンブリを修理するときに、一部が除去され、新たな部品と交換されることがある。交換対象となる部品がドリルで開けられた穴パターンを含む場合に、通常は、新しい部品が既存の部品に適合するように、できるだけ厳密に穴パターンを新たな部品に複写することが望ましい。穴パターンの複製中に、各穴のベクトル（即ち、方向）は、たとえ穴と穴との間で軽度の外れ（ｖａｒｉａｔｉｏｎ）があるにせよ、正確に再生されるべきである。また、穴ごとの部品表面に対する大きさ、相対的な位置、及び方向は、可能であれば、新たな部品に複製されるべきである。

穴パターンの複製を実行するための種々の既知の方法が存在する。例えば、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）機械又は治具穿孔機（ｊｉｇ ｂｏｒｅ）は、穴パターンを１つの部品から別の部品へ転写するために使用することができる。しかしながら、そのような機械には、通常、信頼できる電力源及び訓練されたオペレーターが必要となる。その場合でさえ、複製の精度は、オペレーターにより変わることがある。遠隔地、若しくは信頼できる電源（即ち、配管網）がなく及び／又は訓練されたオペレーター不在の場所のような、世界のある地域においては、ＣＮＣ機械及び治具穿孔機を修理のために使用することは実用的ではない。

本明細書では、コンピュータ又は他の電子機器の助けを必要とせずに、穴を正確に複製するための５軸穴ベクトルを機械的に取得し、モーター及びドリルをそのベクトルで固定するジンバルアセンブリを含む、穴転写システムが開示される。

一つの例では、一又は複数の穴を、第１の工作物から、前記第１の工作物の略複製である第２の工作物に転写するためのシステムが開示される。システムは、第１の穴の第１の位置を前記第１の工作物に機械的に決定するように構成されたジンバルアセンブリを備える。前記第１の位置は、前記第１の工作物の表面に対する第１の組のＸ、Ｙ及びＺ座標を備える。前記ジンバルアセンブリは、前記第１の穴の第１のベクトルを前記第１の工作物内部に機械的に決定し、ドリルを、第２の穴が前記第２の工作物の第２の位置で開けられる間に、前記第１の穴の第１のベクトルと略同一のベクトルで固定するようにさらに構成される。前記第２の工作物に対する前記第２の位置は、前記第１の工作物に対する前記第１の位置と略同一である。

ジンバルアセンブリは、フローティングジンバルの位置を着脱可能に固定するロッキングナットにより取り囲まれたフローティングジンバルをさらに備えることができる。前記ジンバルアセンブリはまた、前記Ｚ軸においてはめ込むように構成された位置合わせ構成要素をさらに備えることができる。前記位置合わせ構成要素は、クイルスリーブを備えることができる。位置合わせ構成要素はまた、複数の交換可能なドリルアダプターを受けて固定するように構成することができ、各ドリルアダプターは、異なるドリルに対応する。

別の例では、システムは、クランプリング及びクランプナットにより取り囲まれたジンバル、並びに前記ジンバル内部に収まるクイルスリーブを備える。前記ジンバルは、前記クランプナットが緩められると、前記クランプリング内部で自由に回転し、前記クランプナットが締められると、前記クランプリング内部の略固定された位置にロックされたままの状態であるように構成される。前記クイルスリーブは、前記ジンバルに対して所望の垂直位置に調整されるように構成され、ドリルアダプターを受けて固定するようにさらに構成される。

システムは、前記クイルスリーブに連結され、前記クイルスリーブを前記ジンバルに対して所望の垂直位置に調整するように構成された調整ナット及びコニカルナットをさらに備える。システムは、Ｘ−Ｙ転写テーブルにスライド可能に装着された構台、及び前記構台にスライド可能に装着されたクロススライドアセンブリをさらに備えることができ、前記ジンバルは、前記クロススライドアセンブリに連結されたジンバルアセンブリ内部に収まる。前記システムは、前記Ｘ−Ｙ転写テーブルに連結されたベースモジュールをさらに備えることができ、前記ベースモジュールは、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸における選択された第１の位置で第１の工作物を受けて固定するように構成され、前記第１の工作物は、第１の穴パターンで配置された複数の穴を有する。前記ベースモジュールは、前記第１の穴パターンの複写が要求される前記第１の工作物に略一致する第２の工作物を受けて固定するようにさらに構成され、前記第２の工作物は、前記第２の工作物が選択されたオフセット距離ｄを隔てて前記Ｙ軸において前記第１の工作物と略平行であり、かつ前記Ｘ軸及び前記Ｚ軸において略ゼロオフセットで前記第１の工作物と略位置合わせされるように、選択された第２の位置で固定される。前記システムは、前記構台にスライド可能に装着された転写バーをさらに備え、前記転写バーは、選択されたオフセット距離ｄだけ分離され、前記クロススライドアセンブリに連結されたインデックスピンと係合するように構成された２以上のインデックスブッシングを含む。

別の例では、穴を、第１の工作物から前記第１の工作物に略一致する第２の工作物に複製するための方法が開示される。方法は、ジンバルアセンブリを、前記第１の工作物に対する第１の場所の第１の穴の上に位置付けること、ステップピンを前記第１の穴に挿入すること、及び位置合わせピンを前記ジンバルアセンブリに挿入することを含む。

方法は、前記第１の穴の第１のベクトルを決定するために、前記位置合わせピンを前記ステップピンと機械的に位置合わせすること、前記ジンバルアセンブリを前記第１のベクトルと位置合わせして固定すること、前記位置合わせピンを前記ジンバルアセンブリから除去すること、及び前記ステップピンを前記第１の穴から除去することをさらに含む。前記方法は、前記ジンバルアセンブリを、前記第２の工作物上の第２の場所に移動することであって、前記第２の工作物に対する前記第２の場所は、前記第１の工作物に対する前記第１の場所と略同一である、移動すること、及び第２の穴を、前記第２の場所で、前記第１のベクトルと略同一である第２のベクトルで、前記第２の工作物に開けることをさらに含む。

前記ジンバルアセンブリを前記第１の穴の上に位置付けることは、構台を一又は複数のベースレールに沿ってスライドさせること、及びクロススライドを一又は複数の構台レールに沿ってスライドさせることを含むことができる。前記ジンバルアセンブリを機械的に位置合わせすることは、フローティングジンバルを、クランプリング内部で回転させ傾けることを含むことができる。前記ジンバルアセンブリを固定することは、クランプナットを締めることを含むことができる。方法は、位置合わせ構成要素を、前記ジンバルアセンブリ内部の所望の垂直位置に調整することをさらに含むことができ、前記調整することは、調整ナットを所望の垂直位置まで回転させること、及び次にコニカルナットを、ジンバルの底面に到達するまで締めることを含むことができる。方法は、前記ジンバルアセンブリを、前記第１のベクトルと位置合わせして固定された後に、前記第１の穴の場所の上に一時的に固定することをさらに含むことができ、前記一時的に固定することは、ロックダウンクランプを、前記ジンバルアセンブリが収まる構台にスライド可能に装着された転写バーと係合させることを含むことができる。前記ジンバルアセンブリを前記第２の工作物上の前記第２の場所に移動することは、インデックスピンを第１のインデックスブッシングから外すこと、前記クロススライドを選択されたオフセット距離ｄだけ移動すること、及び前記インデックスピンを第２のインデックスブッシングと係合させることを含むことができる。前記第１の穴は、前記第１の工作物の前記第１の穴の場所及びベクトルからわずか約１／１０００インチの軽度の外れで、前記第２の工作物に複製することができる。

本発明の一つの態様によれば、一又は複数の穴を、第１の工作物から前記第１の工作物の略複製である第２の工作物に転写するためのシステムであって、前記システムは、第１の穴の第１の位置を前記第１の工作物に機械的に決定するように構成されたジンバルアセンブリを備え、前記第１の位置は、前記第１の工作物の表面に対する第１の組のＸ、Ｙ及びＺ座標を備え、前記ジンバルアセンブリは、前記第１の穴の第１のベクトルを前記第１の工作物内部に機械的に決定するように構成され、前記ジンバルアセンブリは、ドリルを、第２の穴が前記第２の工作物の第２の位置で開けられる間に、前記第１の穴の第１のベクトルと略同一のベクトルで固定するようにさらに構成され、前記第２の工作物に対する前記第２の位置は、前記第１の工作物に対する前記第１の位置と略同一である。有利には、システムにおいて、ジンバルアセンブリは、フローティングジンバルの位置を着脱可能に固定するロッキングナットにより取り囲まれたフローティングジンバルを備えることができる。有利には、システムにおいて、前記ジンバルアセンブリは、前記Ｚ軸においてはめ込むように構成された位置合わせ構成要素を備えることができる。有利には、システムにおいて、位置合わせ構成要素は、クイルスリーブを備える。有利には、システムにおいて、位置合わせ構成要素は、複数の交換可能なドリルアダプターを受けて固定するように構成され、各ドリルアダプターは、異なるドリルに対応する。

本発明のさらなる態様によれば、クランプリング及びクランプナットにより囲まれたジンバルであって、前記ジンバルは、前記クランプナットが緩められると、前記クランプリング内部で自由に回転し、前記クランプナットが締められると、前記クランプリング内部の略固定された位置にロックされたままの状態であるように構成される、ジンバル、並びに 前記ジンバル内部に収まるクイルスリーブであって、前記クイルスリーブは、前記ジンバルに対して所望の垂直位置に調整されるように構成され、ドリルアダプターを受けて固定するようにさらに構成されるクイルスリーブを備えるシステムが提供される。有利には、システムは、クイルスリーブに連結され、クイルスリーブを前記ジンバルに対して所望の垂直位置に調整するように構成された調整ナット及びコニカルナットをさらに備える。有利には、システムは、Ｘ−Ｙ転写テーブルにスライド可能に装着された構台、及び前記構台にスライド可能に装着されたクロススライドアセンブリをさらに備え、前記ジンバルは、前記クロススライドアセンブリに連結されたジンバルアセンブリ内部に収まる。有利には、前記システムは、前記Ｘ−Ｙ転写テーブルに連結されたベースモジュールをさらに備え、前記ベースモジュールは、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸における選択された第１の位置で第１の工作物を受けて固定するように構成され、前記第１の工作物は、第１の穴パターンで配置された複数の穴を有し、前記ベースモジュールは、前記第１の穴パターンの複写が要求される前記第１の工作物に略一致する第２の工作物を受けて固定するようにさらに構成され、前記第２の工作物は、前記第２の工作物が選択されたオフセット距離ｄを隔てて前記Ｙ軸において前記第１の工作物と略平行であり、かつ前記Ｘ軸及び前記Ｚ軸において略ゼロオフセットで前記第１の工作物と略位置合わせされるように、選択された第２の位置で固定される。有利には、前記システムは、前記構台にスライド可能に装着された転写バーをさらに備え、前記転写バーは、選択されたオフセット距離ｄだけ分離され、前記クロススライドアセンブリに連結されたインデックスピンと係合するように構成された２以上のインデックスブッシングを含む。

本発明のさらなる態様によれば、穴を、第１の工作物から前記第１の工作物に略一致する第２の工作物に複製するための方法であって、前記方法は、ジンバルアセンブリを、前記第１の工作物に対する第１の場所の第１の穴の上に位置付けること、ステップピンを前記第１の穴に挿入すること、位置合わせピンを前記ジンバルアセンブリに挿入すること、前記第１の穴の第１のベクトルを決定するために、前記位置合わせピンを前記ステップピンと機械的に位置合わせすること、前記ジンバルアセンブリを前記第１のベクトルと位置合わせして固定すること、前記位置合わせピンを前記ジンバルアセンブリから除去すること、前記ステップピンを前記第１の穴から除去すること、前記ジンバルアセンブリを、前記第２の工作物上の第２の場所に移動することであって、前記第２の工作物に対する前記第２の場所は、前記第１の工作物に対する前記第１の場所と略同一である、移動すること、及び第２の穴を、前記第２の場所であって、前記第１のベクトルと略同一である第２のベクトルで、前記第２の工作物に開けることを含む方法が提供される。有利には、方法において、前記ジンバルアセンブリを前記第１の穴の上に位置付けることは、構台を一又は複数のベースレールに沿ってスライドさせること、及びクロススライドを一又は複数の構台レールに沿ってスライドさせることを含む。有利には、前記方法において、前記ジンバルアセンブリを機械的に位置合わせすることは、フローティングジンバルを、クランプリング内部で回転させ傾けることを含む。有利には、方法において、前記ジンバルアセンブリを固定することは、クランプナットを締めることを含む。有利には、方法は、位置合わせ構成要素を、前記ジンバルアセンブリ内部の所望の垂直位置に調整することをさらに含む。有利には、方法において、前記位置合わせ構成要素を調整することは、調整ナットを所望の垂直位置まで回転させ、次にコニカルナットを、ジンバルの底面に到達するまで締めることを含む。有利には、方法は、前記ジンバルアセンブリを、前記第１のベクトルと位置合わせして固定された後に、前記第１の穴の場所の上に一時的に固定することをさらに含む。有利には、方法において、前記ジンバルアセンブリを一時的に固定することは、ロックダウンクランプを、前記ジンバルアセンブリが収まる構台にスライド可能に装着された転写バーと係合させることを含む。有利には、方法において、前記ジンバルアセンブリを前記第２の工作物上の前記第２の場所に移動することは、インデックスピンを第１のインデックスブッシングから外すこと、前記クロススライドを選択されたオフセット距離ｄだけ移動すること、及び前記インデックスピンを第２のインデックスブッシングと係合させることを含む。有利には、方法において、前記第１の穴は、前記第１の工作物の前記第１の穴の場所及びベクトルからわずか約１／１０００インチの軽度の外れで、前記第２の工作物に複製することができる。

ジンバルアセンブリを有する穴転写システムの１つの例の正面斜視図を示す。 図１Ａに示される穴転写システムの背面斜視図を示す。 シンバルアセンブリの１つの例の斜視図を示す。 図２Ａに示されるジンバルアセンブリの分解図を示す。 図２Ａに示されるジンバルアセンブリの部分断面図を示す。 ドリルに連結された図２Ａ〜２Ｃのジンバルアセンブリを示す。 穴パターンを第１の工作物から第２の工作物へ転写するための方法を示す。 航空機の製造及び保守方法のフロー図を示す。 航空機のブロック図を示す。

さまざまな図面における類似の参照番号及び表示は、類似の要素を示す。
図１Ａ〜１Ｂは、本発明による穴転写システム１００の一例を示す。示された例では、システム１００は、ベースモジュール１１２が上に装着されたベースプレート１０２を含むＸ−Ｙ転写テーブル１２０を備える。ベースモジュール１１２は、二以上の工作物１１４を、互いに対して選択された位置合わせで固定するように構成された一又は複数のマウント１２２を備える。例えば、図１Ａ〜１Ｂで示される場合では、工作物１１４は、Ｘ軸において略ゼロオフセットで、かつＹ軸において固定された、既知のオフセット距離ｄで位置合わせされる。工作物１１４は、略一致し、多様な適する構成要素、又は例えば移動体（航空機、陸上移動体、船舶、宇宙飛行体など）の一部など、他の構造を備えることができる。ベースプレート１０２はまた、構台１０６がスライド可能に装着される２つのベースレール１０４も備える。図１Ａ〜１Ｂに示されるように、ベースレール１０４は、互いに略平行であり、概してＸ軸に沿って方向付けられる。その結果、ベースレール１０４は、時にＸレールとも呼ばれるが、概して構台１０６の動きをＸ軸に沿った移動に限定する。

構台１０６は、さらに、構台１０６をＸ軸の略固定された位置にロックするために、ベースレール１０４を係合するように構成される、２つの構台クランプ１２４を備える。構台１０６はまた、２つの構台レール１０８及び２つのクランプレール１２６も含み、その上に、クロススライド１１０がスライド可能に装着される。図１Ａ〜１Ｂに示されるように、構台レール１０８及びクランプレール１２６は、互いに略平行であり、概して、ベースレール１０４が方向付けられるＸ軸に略垂直であるＹ軸に沿って方向付けられる。その結果、時にＹレールとも呼ばれる構台レール１０８、及びクランプレール１２６は、概してクロススライド１１０の動きをＹ軸に沿った移動に限定する。

図１Ｂに示されるように、転写バー１２８は、対応するロックダウンクランプ１３２を含む二以上のスロット１３０を介して、構台１０６にスライド可能に装着される。この構造により、転写バー１２８は、ロックダウンクランプ１３２が係合されるまで、Ｙ軸で前後にスライド可能となり、その係合点で、転写バー１２８は、Ｙ軸の略固定された位置にロックされる。転写バー１２８はまた、２つの工作物１１４が分離される、同一の、オフセット距離ｄだけ分離される、二以上のインデックスブッシング１３４も備える。インデックスブッシング１３４は、転写バー１２８にしっかりと締められる。例えば、場合によっては、インデックスブッシング１３４は、転写バー１２８にプレス加工され及びボルトで締められることがある。

クロススライド１１０は、クロススライド１１０をＹ軸において略固定された位置にロックするために、クランプレール１２６を係合するように構成される２つのクロススライドクランプ１３６を備える。クロススライド１１０はまた、インデックスブッシング１３４を着脱可能に係合させるように構成されたインデックスピン１３８も備える。例えば、場合によっては、インデックスピン１３８は、インデックスブッシング１３４の内径にぴったり合うサイズ及び形状の外径を有する。この構成により、クロススライド１１０は、選択されたオフセット距離ｄだけ分離された、Ｙ軸の第１の位置から第２の位置まで容易に移動することができる。クロススライドは、シンバルアセンブリ２００をさらに備えるが、これについては、図２Ａ〜２Ｃに関連して以下で詳しく述べられる。

図１Ａ〜図１Ｂで示される例において、第１の工作物１１４Ａは、第１の工作物１１４Ａの略複製を含む第２の工作物１１４Ｂでの複写が要求される、複数の穴１１６を有する。場合によっては、例えば、第１の工作物１１４Ａは、修理が必要な航空機の部品を含むことがあり、第２の工作物１１４Ｂは、第１の工作物１１４Ａとの新たな交換部品を含むことがある。場合によっては、工作物１１４は、Ｙ軸において８インチ又は１２インチのオフセット距離ｄ、並びにＸ軸において略ゼロオフセットでＸ−Ｙ転写テーブル１２０に装着されることがある。穴転写システム１００により、有利には、各穴１１６は、高精度で、即ち、第１の工作物１１４上の対応する穴１１６のＸ−Ｙ−Ｚの場所、ベクトル、又は方向からわずか約１／１０００インチの軽度の外れで、第２の工作物１１４Ｂに複写することができる。

動作において、Ｘ−Ｙ転写テーブル１２０は、ジンバルアセンブリ２００をＸ軸及びＹ軸の両方において正しく位置付け、選択された穴１１６を第１の工作物１１４Ａから第２の工作物１１４Ｂに転写するために使用することができる。例えば、オペレーターは、構台１０６を、Ｘ軸の選択された穴１１６の位置に到達するまで、ベースレール１０４に沿ってスライドさせ、次に、クロススライド１１０を、Ｙ軸において選択された穴１１６の位置に到達するまで、構台レール１０８に沿ってスライドさせることができる。ジンバルアセンブリ２００がいったん所望のＸ−Ｙ座標に位置付けられると、オペレーターは、ジンバルアセンブリ２００の垂直位置、即ちＺ軸の位置を調整することができ、また、ジンバルアセンブリ２００を、選択された穴１１６のベクトルと位置合わせされるまで、即ち、第４の軸及び第５の軸で位置合わせされるまで、傾け回転させることもできる。

図２Ａ〜２Ｃは、それぞれ、図１Ａ〜図１Ｂに示されるジンバルアセンブリ２００の斜視図、分解図、及び部分断面図を示す。図３は、適するドリル３７０に連結された同一のジンバルアセンブリ２００を示す。図２〜３に示される例において、ジンバルアセンブリ２００は、クランプナット２２４、クランプリング２２６、及びフランジリング２２８により取り囲まれたジンバル２２２を備える。場合によっては、フランジリング２２８は、クランプリング２２６がフランジリング２２８に対して回転することを防止するために、クランプリング２２６の対応する穴２３２と噛合するように構成される一組のポスト２３０を含むことがある。図２Ｃに示されるように、ポスト２３０は、クランプナット２２４が緩んでいるときに、又は留められない構成において、クランプリング２２６をフランジリング２２８から分離した状態を保つために、ばね２６４により取り囲むことができる。また、フランジリング２２８は、例えば、ねじ、ボルト、リベットなどの適する締め具を使用して、クロススライド１１０（図１Ａ〜１Ｂ）に連結することができる複数の穴２３４を備えることができる。

クランプナット２２４は、フランジリング２２８の対応するねじ式の外面と噛合するように構成されるねじ式の内面を有することができる。また、クランプリング２２６は、ジンバル２２２の補完的な球状の外面と噛合するように構成される球状の内面を有することができる。ゆえに、クランプナット２２４が緩められると、ジンバル２２２は、クランプリング２２６内部で滑らかに浮遊し、即ち、任意の向きに自由に回転するが、これは、ばね２６４が、この構成において、フランジリング２２８から離れたクランプリング２２６にバイアスをかけるからである。しかしながら、クランプナット２２４が締められると、クランプリング２２６は、フランジリング２２８に対して圧縮し、ジンバル２２２が、クランプリング２２６内部で略固定された方向にロックされる。

ジンバルアセンブリ２００はまた、ジンバル２２２内部に装着されるように構成されたねじ式のクイルスリーブ２３６も備える。示される具体的な例では、クイルスリーブ２３６は、ジンバル２２２内部での回転を防ぐために、ジンバル２２２の内面に配置された対応するタブ２４０に連動する一組のスロット２３８を備える。ジンバルアセンブリ２００は、コニカルナット２４２及び調整ナット２４４をさらに備え、その両方が、クイルスリーブ２３６のネジ式の外面と噛合するように構成されたねじ式の内面を有する。ジンバルアセンブリ２００はまた、クイルスリーブ２３６及び調整ナット２４４を取り囲むように構成されたリテーナーリング２４６も備え、ジンバルアセンブリ２００の構成要素を適所に維持するように機能する。リテーナーリング２４６は、例えば止めねじなど、適する締め具２４８により適所に保持される２つの補完的要素を備えることができる。

使用中に、オペレーターは、調整ナット２４４を所望の垂直位置まで回転させることにより、クイルスリーブ２３６の垂直位置（即ち、Ｚ軸の位置）をジンバル２２２内部で調整することができる。オペレーターは、次に、コニカルナット２４２を、ジンバル２２２の底に到達するまで締めることができ、それにより、クイルスリーブ２３６を所望の垂直位置に固定することができる。コニカルナット２４２の形状は、有利には、ジンバル２２２の底面と噛合するように構成することができ、クイルスリーブ２３６が所望の垂直位置にいったん固定されると、ジンバルアセンブリ２００内部での放射状の自由な動きを実質的に減らすことができる。

また、クイルスリーブ２３６は、有利には、動作中に、適するドリルアダプター２５０、又はブッシングガイドを受けて固定するように構成される。例えば、場合によっては、クイルスリーブ２３６は、ドリルアダプター２５０のねじ式の外面と噛合するように構成されたねじ式の内面を有することができる。ドリルアダプター２５０は、さらに、好ましくは、図２Ａ〜２Ｃに示されるような位置合わせピン２６６だけではなく、図３に示されるようなドリルブッシング３７２も受けて固定するように構成される。

位置合わせピン２６６は、第１の工作物１１４Ａの選択された穴１１６のベクトルを有するジンバルアセンブリ２００の位置合わせを促すために、位置合わせプロセス中に使用することができる。位置合わせプロセス中に、オペレーターは、適するステップピン２５４を選択された穴１１６に挿入することができる。ステップピン２５４は、ショルダー２６０により分離された下部分２５６及び上部分２５８を備えることができる。ステップピン２５４は、有利には、下部分２５６が選択された穴１１６の内径にぴったり合うように構成された外径を有し、他方でショルダー２６０が第１の工作物１１４Ａの表面に置かれるように、選択することができる。また、ステップピン２５４の上部分２５８は、対応する位置合わせピン２６６の内径にぴったり合うように選択された外径を有することができる。

穴ベクトルを取得するために、オペレーターは、ジンバル２２２を操作し、ジンバル２２２は、位置合わせピン２６６がステップピン２５４と相互作用する間、クランプリング２２６内を浮遊する。いったん位置合わせピン２６６がステップピン２５４と位置合わせされると、オペレーターはクランプナット２２４を締め、ジンバル２２２を選択された方向にロックし、これにより、選択された穴１１６のベクトルを取得する。いったんベクトルが設定されると、ジンバル２２２は、クランプナット２２４が緩められるまで、略固定された位置でロックされたままの状態となるように、ジンバルアセンブリ２００が構成される。その結果、位置合わせピン２６６は、次にステップピン２５４から除去することができ、ジンバルアセンブリ２００は、後述するドリルプロセスのための準備として、Ｘ−Ｙ転写テーブル１２０を使用して、所望の座標で第２の工作物１１４Ｂ上に位置付けることができる。

ドリルプロセス中に、オペレーターは、適するドリル３７０のドリルブッシング３７２を、クイルスリーブ２３６内部に収容された対応するドリルアダプター２５０に挿入し固定する。ドリルアダプター２５０は、ドリルブッシング３７２をドリルアダプター２５０にしっかりと締めるように構成された一又は複数の係合機構２５２（例えば、タブなど）を含むことができる。図３に示される具体的な例において、ドリル３７０は、ノースカロライナ州アペックスにあるアペックスツールグループＬＬＣにより市販されるＱｕａｃｋｅｎｂｕｓｈ（登録商標）シリーズ２３０ドリルを含む。もちろん、図３に示された具体的なドリル３７０に加え又はその代わりに、多数の他の適するドリル３７０を使用することができる。ドリルブッシング３７２の特定のサイズ及び構成が１つのドリル３７０と次のドリルとでは変わることがあるけれど、多くのそのようなドリル３７０は、標準の先細りロックドリルブッシング３７２を利用する。したがって、クイルスリーブ２３６は、各々が多数の適するドリル３７０から選択された一又は複数のドリル３７０と互換性がある、種々の交換可能なドリルアダプター２５０を収容するように構成される。その結果、ジンバルアセンブリ２００は、ドリル３７０の種類ごとにカスタマイズされる必要がない。むしろ、ジンバルアセンブリ２００は、異なるドリル３７０を収容するために必要に応じて、１つのドリルアダプター２５０が別のものに交換できる単一のユニバーサルデザインで実施することができる。

いったんドリルブッシング３７２がドリルアダプター３７４内部に固定されると、新たな穴の所望の内径に一致するようにサイズ決定された外径を有する、適するドリルビット３７４を使用して、第２の工作物１１４Ｂに、所望の新たな穴を開けることができる。ドリルプロセスが上述の位置合わせプロセスに続くので、新たな穴が、有利には、第１の工作物１１４Ａの対応する穴１１６と略同一のＸ−Ｙ−Ｚ位置で、略同一のベクトルを有して、開けられる。即ち、第２の工作物１１４Ｂに対する新たな穴のＸ−Ｙ−Ｚ位置及びベクトルは、第１の工作物１１４Ａに対する元の穴１１６のＸ−Ｙ−Ｚ位置及びベクトルと略同一である。

図４は、選択された穴１１６を、第１の工作物１１４Ａから第２の工作物１１４Ｂに転写するための方法４００の一例を示すフローチャートである。ステップ４７０では、ジンバルアセンブリ２００は、第１の工作物１１４Ａの選択された穴１１６のＸ−Ｙ座標上に位置付けられる。先ほど述べられたように、このステップ４７０は、Ｘ−Ｙ転写テーブル１２０を使用して、ジンバルアセンブリ２００が所望のＸ−Ｙ位置に到達するまで、構台１０６をＸレール１０４に沿ってかつクロススライド１１０をＹレール１０６に沿ってスライドさせることにより、実行することができる。このステップ４７０中に、クロススライド１１０のインデックスピン１３８は、第１の工作物１１４Ａに対応する第１のインデックスブッシング１３４Ａと係合するが、構台クランプ１２４、ロックダウンクランプ１３２、及びクロススライドクランプ１３６は、クロススライド１１０及び転写バー１２８が位置合わせプロセス中に必要に応じて移動できるように、緩められる。

ステップ４７２において、ステップピン２５４は、選択された穴１１６に挿入され、対応する位置合わせピン２６６は、ジンバルアセンブリ２００のドリルアダプター２５０に挿入される。ステップ４７４において、ジンバルアセンブリ２００のクイルスリーブ２３６は、第１の工作物１１４Ａの表面に対する所望の垂直位置に調整される。場合によっては、例えば、オペレーターは、ドリルブッシング３７２を、ドリルビット３７４の約１／２から約１倍までの範囲内の距離で、第２の工作物１１４Ｂの表面上に置くように構成された垂直位置に、クイルスリーブ２３６をはめ込むことができる。先ほど述べられたように、このステップ４７４は、調整ナット２４４を所望の垂直位置まで回転させ、次にコニカルナット２４２をジンバル２２２の底面に到達するまで締めることにより、実行することができる。

ステップ４７６において、ジンバル２２２は、位置合わせピン２６６がステップピン２５４と位置が合うまで操作される。場合によっては、例えば、オペレーターは、位置合わせピン２６６がステップピン２５４の上部分２５８上でぴったり合うまで、ジンバル２２２を操作する。先ほど述べられたように、ジンバル２２２は、クランプナット２２４が緩められると、クランプリング２２６内部で自由に回転し傾くことができ、これにより、ジンバルアセンブリ２００の位置合わせピン２６６は、ステップピン２５４のベクトルを機械的に決定することができる。次に、ステップ４７８において、クランプナット２２４は、ジンバル２２２を所望の方向の適所にロックするために締められ、これにより、ステップピン２５４のベクトル、さらには選択された穴１１６を取得する。ステップ４８０において、オペレーターは、位置合わせピン２６６をステップピン２５４から除去するよう試みる。かなりの摩擦が検出される場合には、次にステップ４８２において、クランプナット２２４が緩められ、オペレーターは、かなりの摩擦を検出せずに、位置合わせピン２６６がステップピン２５４から除去できるまで、ステップ４７６及び４７８を繰り返す。この状態は、選択された穴１１６のベクトルが正確に決定され、機械的に取得されたことを示す。

いったんそれが起こると、次のステップ４８４では、構台クランプ１２４は、構台１０６をＸ軸の略固定された位置にロックするために締められ、ロッククランプ１３２は、転写バー１２８、並びにそれゆえに、クロススライド１１０及びジンバルアセンブリ２００を、Ｙ軸の略固定された位置に一時的にロックするために締められる。ステップ４８６において、位置合わせピン２６６が、ドリルアダプター２５０から除去され、ステップピン２５４が、選択された穴１１６から除去される。

ステップ４８８において、ジンバルアセンブリ２００は、第２の工作物１１４Ｂ上の所望のＸ−Ｙ位置に移動され、適所でロックされる。先ほど述べられたように、このステップ４８８は、インデックスピン１３８を第１のインデックスブッシング１３４Ａから外し、クロススライドを選択されたオフセット距離ｄだけＹ軸に移動させ、次に、インデックスピン１３８を、第２の工作物１１４Ｂに対応する第２のインデックスブッシング１３４Ｂと係合させることにより、実行することができる。先ほど述べられたように、工作物１１４Ａ、１１４Ｂは、Ｙ軸において同一のオフセット距離ｄ及びＸ軸においてほぼゼロオフセットを有するＸ−Ｙ転写テーブル１２０上で位置合わせされる。したがって、いったんインデックスピン１３８が第２のインデックスブッシング１３４Ｂと係合されると、ジンバルアセンブリ２００は、第２の工作物１１４Ｂ上の所望のＸ−Ｙ位置に位置付けられる。構台クランプ１２４は、次に、クロススライド１１０、ゆえにジンバルアセンブリ２００をＹ軸の略固定された位置にさらに固定するために、締めることができる。

最終ステップ４９０では、適するドリル３７０を使用して、第２の工作物１１４Ｂに新たな穴が開けられる。先ほど述べられたように、この最終ステップ４９０は、適切なドリルブッシング３７２を、対応するドリルアダプター２５０と係合し、次に適切なドリルビット３７４で新たな穴を開けることにより、実行することができる。上述のステップに続き、新たな穴が、有利には、第１の工作物１１４Ａの対応する穴１１６と略同一のＸ−Ｙ−Ｚ位置に、略同一のベクトルを有して、第２の工作物１１４Ｂに開けられる。たとえば、場合によっては、方法４００は、選択された穴１１６を、第１の工作物１１４Ａの対応する穴１１６のＸ−Ｙ−Ｚの場所及びベクトルからわずか約１／１０００インチの軽度の外れで、第２の工作物１１４Ｂに複製する。方法４００は、第１の工作物１１４Ａの穴パターン全体が第２の工作物１１４Ｂで複製されるまで、第１の工作物１１４Ａの穴１１６ごとに繰り返すことができる。

上述の穴転写システム及び方法は、多くの明確な利点を従来の穴転写の手法に提示する。例えば、穴転写システム１００により、穴パターンが、ＣＮＣ機械、治具穿孔機、コンピュータ又は他の電子機器を必要とせずに、既存の部品から新たな部品に機械的に複製できる。システム１００は、各穴のＸ−Ｙ−Ｚ位置及び方向を既存の穴パターンで機械的に取得するジンバルアセンブリ２００を含む。その結果、穴転写システム１００は、有利には、信頼できる電源が利用できない（例えば、遠隔地、未開発地域など）設定で、発電機によって電力供給することができる。穴転写システム１００はまた、ＣＮＣ機械を必要とする従来の解決策よりもずっと経済的でもある。

また、穴転写システム１００は高精度であるのだが、その理由の一つは、先ほど述べられたように、ジンバルアセンブリ２００が、Ｚ方向にはめ込むことができるクイルスリーブ２３６を含むからである。オペレーターがクイルスリーブ２３６の垂直位置を調整できることにより、ドリルは、有利には、第２の工作物１１４Ｂ付近に位置付けることができ、これにより、実質的にドリルの「ウォーキング」が減り、穴転写システム１００全体の精度が高まる。

図５〜６を参照すると、本発明のシステム及び方法は、図５に示されるような航空機の製造及び保守方法５００、及び図６に示されるような航空機６００に照らして実施することができる。製造前の段階では、例示的な方法５００は、航空機６００の仕様及び設計５０２と、材料調達５０４とを含みうる。製造段階では、航空機６００の構成要素及びサブアセンブリの製造５０６と、システムインテグレーション５０８とが行われる。その後、航空機６００は、認可及び納品５１０を経て運航５１２に供される。顧客により運航５１２される間に、航空機６００は、定期的な整備及び保守５１４（改造、再構成、改修なども含みうる）を受ける。

方法５００の各プロセスは、システムインテグレーター、第三者、及び／又はオペレーター（例えば顧客）によって実施又は実行されうる。本明細書の目的のために、システムインテグレーターは、限定しないが、任意の数の航空機メーカー、及び主要システムの下請業者を含むことができ、第三者は、限定しないが、任意の数のベンダー、下請業者、及び供給業者を含むことができ、オペレーターは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関などでありうる。

図６に示すように、例示的な方法５００によって製造された航空機６００は、複数のシステム６２２及び内装６２４を有する機体６２０を含み得る。高レベルのシステム６２２の例には、推進システム６２６、電気システム６２８、油圧システム６２６、及び環境システム６２８のうちの一又は複数が含まれる。任意の数の他のシステムが含まれてもよい。航空宇宙産業の例を示したが、本発明の実施形態の原理は、自動車産業などの他の産業に適用することもできる。

本明細書に具現化された装置と方法は、製造及び保守方法５００の一又は複数の任意の段階で採用することができる。例えば、製造プロセス５０６に対応する構成要素又はサブアセンブリは、航空機６００が運航中５１２に製造される構成要素又はサブアセンブリに類似の方法で製作又は製造される。また、一又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、若しくはそれらの組み合わせは、例えば、航空機６００のアセンブルを実質的に効率化するか、又は航空機６００のコストを削減することにより、製造段階５０６及び５０８の間に利用することができる。同様に、装置の実施形態、方法の実施形態、若しくはそれらの組み合わせのうちの一又は複数を、航空機６００の運航中５１２に、例えば限定しないが、整備及び保守５１４に利用することができる。

本明細書は特定の好ましい実施形態に照らして記載されているが、ここに明記されるすべての特性及び利点を提供しない構成を含む、当業者に明らかな他の構成もまた、本発明の範囲に含まれる。したがって、本発明の範囲は、特許請求の範囲及びそれと同等のものを参照することによってのみ、画定される。

１００ 穴転写システム
１０２ ベースプレート
１０４ ベースレール
１０６ 構台
１０８ 構台レール
１１０ クロススライド
１１２ ベースモジュール
１１４ 工作物
１１６ 穴
１２０ Ｘ−Ｙ転写テーブル
１２２ マウント
１２４ 構台クランプ
１２６ クランプレール
１２８ 転写バー
１３０ スロット
１３２ ロックダウンクランプ
１３４ インデックスブッシング
１３６ クロススライドクランプ
１３８ インデックスピン
２００ ジンバルアセンブリ
２２２ ジンバル
２２４ クランプナット
２２６ クランプリング
２２８ フランジリング
２３０ ポスト
２３２ 穴
２３４ 複数の穴
２３６ クイルスリーブ
２３８ スロット
２４０ タブ
２４２ コニカルナット
２４４ 調整ナット
２４６ リテーナーリング
２４８ 締め具
２５０ ドリルアダプター
２５２ 係合機構
２５４ ステップピン
２５６ 下部分
２５８ 上部分
２６０ ショルダー
２６４ ばね
２６６ 位置合わせピン
３７０ ドリル
３７２ ドリルブッシング
３７４ ドリルアダプター

Claims (14)

1. クランプリング及びクランプナットにより囲まれたジンバルであって、
   前記ジンバルは、前記クランプナットが緩められると、前記クランプリング内部で自由に回転し、前記クランプナットが締められると、前記クランプリング内部の略固定された位置にロックされたままの状態であるように構成される、ジンバル、並びに
   前記ジンバル内部に収まるクイルスリーブであって、
   前記クイルスリーブは、前記ジンバルに対して所望の垂直位置に調整されるように構成され、ドリルアダプターを受けて固定するようにさらに構成される、クイルスリーブ
   を備える、システム。
2. 前記クイルスリーブに連結され、前記クイルスリーブを前記ジンバルに対して所望の垂直位置に調整するように構成される調整ナット及びコニカルナットをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
3. Ｘ−Ｙ転写テーブルにスライド可能に装着された構台、及び
   前記構台にスライド可能に装着されたクロススライドアセンブリ
   をさらに備え、
   前記ジンバルは、前記クロススライドアセンブリに連結されたジンバルアセンブリ内部に収まる、請求項１に記載のシステム。
4. 前記Ｘ−Ｙ転写テーブルに連結されたベースモジュールをさらに備え、
   前記ベースモジュールは、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸において選択された第１の位置で第１の工作物を受けて固定するように構成され、前記第１の工作物は、第１の穴パターンで配置された複数の穴を有し、
   前記ベースモジュールは、前記第１の穴パターンの複写が要求される前記第１の工作物に略一致する第２の工作物を受けて固定するようにさらに構成され、前記第２の工作物は、選択されたオフセット距離ｄを隔てて前記Ｙ軸において前記第１の工作物と略平行であり、かつ前記Ｘ軸及び前記Ｚ軸において略ゼロオフセットで前記第１の工作物と略位置合わせされるように、選択された第２の位置で固定される、請求項３に記載のシステム。
5. 前記構台にスライド可能に装着された転写バーをさらに備え、前記転写バーは、選択されたオフセット距離ｄだけ分離され、前記クロススライドアセンブリに連結されたインデックスピンと係合するように構成された２以上のインデックスブッシングを含む、請求項３に記載のシステム。
6. 穴を、第１の工作物から前記第１の工作物に略一致する第２の工作物に複製するための方法であって、前記方法は、
   ジンバルアセンブリを、前記第１の工作物に対する第１の場所の第１の穴の上に位置付けること、
   ステップピンを前記第１の穴に挿入すること、
   位置合わせピンを前記ジンバルアセンブリに挿入すること、
   前記第１の穴の第１のベクトルを決定するために、前記位置合わせピンを前記ステップピンと機械的に位置合わせすること、
   前記ジンバルアセンブリを前記第１のベクトルと位置合わせして固定すること、
   前記位置合わせピンを前記ジンバルアセンブリから除去すること、
   前記ステップピンを前記第１の穴から除去すること、
   前記ジンバルアセンブリを、前記第２の工作物上の第２の場所に移動することであって、前記第２の工作物に対する前記第２の場所は、前記第１の工作物に対する前記第１の場所と略同一である、移動すること、及び
   第２の穴を、前記第２の場所で、前記第１のベクトルと略同一である第２のベクトルで、前記第２の工作物に開けること
   を含む、方法。
7. 前記ジンバルアセンブリを前記第１の穴の上に位置付けることは、構台を一又は複数のベースレールに沿ってスライドさせること、及びクロススライドを一又は複数の構台レールに沿ってスライドさせることを含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記ジンバルアセンブリを機械的に位置合わせすることは、フローティングジンバルを、クランプリング内部で回転させ傾けることを含む、請求項６に記載の方法。
9. 前記ジンバルアセンブリを固定することは、クランプナットを締めることを含む、請求項６に記載の方法。
10. 位置合わせ構成要素を、前記ジンバルアセンブリ内部の所望の垂直位置に調整することをさらに含む、請求項６に記載の方法。
11. 前記位置合わせ構成要素を調整することは、調整ナットを所望の垂直位置まで回転させ、次にコニカルナットを、ジンバルの底面に到達するまで締めることを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記ジンバルアセンブリを、前記第１のベクトルと位置合わせして固定した後に、前記第１の穴の場所の上に一時的に固定することをさらに含む、請求項６に記載の方法。
13. 前記ジンバルアセンブリを一時的に固定することは、ロックダウンクランプを、前記ジンバルアセンブリが収まる構台にスライド可能に装着された転写バーと係合させることを含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記ジンバルアセンブリを前記第２の工作物上の前記第２の場所に移動することは、
    インデックスピンを第１のインデックスブッシングから外すこと、
    前記クロススライドを選択されたオフセット距離ｄだけ移動すること、及び
    前記インデックスピンを第２のインデックスブッシングと係合させること
    を含む、請求項６に記載の方法。

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