JP3523237B2 - アッセンブリィ方法 - Google Patents

アッセンブリィ方法

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JP3523237B2
JP3523237B2 JP2001574431A JP2001574431A JP3523237B2 JP 3523237 B2 JP3523237 B2 JP 3523237B2 JP 2001574431 A JP2001574431 A JP 2001574431A JP 2001574431 A JP2001574431 A JP 2001574431A JP 3523237 B2 JP3523237 B2 JP 3523237B2
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    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
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    • B64F5/00—Designing, manufacturing, assembling, cleaning, maintaining or repairing aircraft, not otherwise provided for; Handling, transporting, testing or inspecting aircraft components, not otherwise provided for
    • B64F5/10—Manufacturing or assembling aircraft, e.g. jigs therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2215/00—Details of workpieces
    • B23B2215/04—Aircraft components

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  • Diaphragms For Electromechanical Transducers (AREA)
  • Coupling Device And Connection With Printed Circuit (AREA)
  • Magnetically Actuated Valves (AREA)
  • Drilling And Boring (AREA)
  • Automatic Assembly (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明はアッセンブリィ
（組立て）プロセスにおけるアッセンブリィポイントの
位置決めをする方法に係り、これに限定するわけではな
いが、とくに航空機を一緒にまとめあげるアッセンブリ
ィのような、産業用アッセンブリィプロセスにおけるド
リル孔あけ（ドリリング）場所にマーク（しるし）を付
ける方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】これまでの大規模なアッセンブリィプロ
セス（組立て方法）で航空機産業やドックヤードで採用
されているものでは、大きな構造物に部品を固定する
（取付ける）ことがしばしば必要とされている。
【０００３】航空機のアッセンブリィ方法の場合には、
例えば大形の旅客機のウィング（翼）用のウィングボッ
クスはその長さが３０ｍにも及ぶ。この構造物がもつ大
きな寸法が原因となって、この構造物上の位置を高精度
で測定することは達成し難い。ウィングスキン（外板）
がこのようなウィングボックスに固定されることになる
ときには、２つが固定に先立って一緒にクランプされ
て、構造物のウィングスキン側から正確に場所を判断す
ることが本質的な事項とされ、ウィングスキンを通って
ウィングボックスのリブ（翼小骨）の支持脚に達するよ
うに取付け孔をドリル孔あけする場所を決めるようにさ
れている。
【０００４】このプロセスは通常はいくつかの別個の操
作で達成されている。先ず、最終直径よりも小さな案内
孔を所望の場所に、ウィングスキンを差出す前にリブ脚
内にドリル孔あけすることができる。第２に、ウィング
スキンを場所に置いた状態で、パイロット孔がウィング
ボックスの内側からウィングスキンを通って外側に、
“バックドリリング”として知られているプロセスによ
って、ドリル孔あけされる。第３にこのパイロット孔を
用いて、リブ脚内に前もってドリル孔あけされた案内外
の位置が推定される。最後に、ウィングスキンの外側か
らウィングスキンを通って支持用リブ脚にまでアッセン
ブリィ孔をドリル孔あけすることが開始されることにな
る。
【０００５】しかしながら、もし案内孔の配向が、局部
的なウィングスキン表面に対して、不十分な精度で推定
されるとすると、アッセンブリィ孔はリブ脚にドリル孔
あけされる案内孔を完全に境界線で囲めなくなる。この
ことは“ピップした（pipped，ふき出したもののあ
る）”孔をなる。その結果は大きな寸法のドリル刃を用
いて再孔あけが必要となり、“ピップした”孔を修正す
ることになる。しかしながら、アッセンブルされる構造
物がストレスを受けている構造物であると、大きな寸法
のドリル孔あけの効果はその構造物のサービス寿命を減
縮させることになる。
【０００６】したがって、アッセンブリィ場所を正確に
しるしをつける方法が必要とされ、これが先行技術のシ
ステムの不利益をいくつも克服する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】第１の特徴によると、こ
の発明は第１の部品が第２の部品にそこで接合されるこ
とになる該第１の部品上のアッセンブリィポイントを位
置決めする方法にあり、この方法は次の段階を備えてい
る：該第２の部品に関してアッセンブリィポイントを測
定して決める段階と；さらに該第１の部品の表面の部分
を測定する段階と、ただしこの表面は該第２の部品から
は間隔がとられていて、それにより該表面の位置と配向
とを定義するようになっているものとし；該第１の部品
の表面上でアッセンブリィポイントとして、該第１の部
品の表面が該決められたアッセンブリィ位置と該第１の
部品の表面との間を通るベクトルによって交差するとこ
ろを計算する段階と、該第１の部品の表面上の該計算さ
れたアッセンブリィポイントを表示する段階とを備えて
いることを特徴としている。
【０００８】好都合なのは、この発明が正しいポイント
を正確に識別する実効的な方法を生じさせていることで
あり、このポイントを通って第１の部品が別な部品に固
定されたり、組立て（アッセンブリィ）させたりされ
る。この発明の方法を用いると、例えば組立て孔が正し
い場所で正しい角度で第１の部品の表面上にドリル孔あ
けでき、それによって組立て孔が該別の部品の選ばれた
組立て孔を所望の角度で正確に通るようにする。したが
って、この発明の方法は不正確なドリル孔あけや他の固
定プロセスの可能性を減らしていて、そうでないと固定
されている部品内に欠陥を生じたりあるいは部品をスク
ラップにする可能性の原因となってしまうことを減らし
ている。
【０００９】さらに、この発明はアッセンブリィプロセ
スを完了させるのに必要とされる時間を減らせるように
していて、その理由はこの発明の方法を用いることによ
って、第１の部品上の正しいアッセンブリィポイントを
識別するために“バックドリリング”に頼ることを要し
ないことがある。
【００１０】第２の特徴によると、この発明は第１の部
品が第２の部品１にそこを通って接合されることになる
該第１の部品上のアッセンブリィポイントを位置決めす
る方法であって：該方法は、該第２の部品に関してアッ
センブリィ場所を決める段階と；該第１の部品が該決め
られたアッセンブリィ場所に重なって、該第２の部品と
アッセンブリィするために第１の部品を差出す段階とを
備え、さらに、該第２の部分から間隔をとった第１の部
品の表面の部分を測定して、それにより該表面の位置と
配向とを定義することと；該第１の部品の表面が該決め
られたアッセンブリィ場所と該第１の部品の表面との間
を通るベクトルにより交差されるところを、該第１の部
品の表面上のアッセンブリィポイントと計算すること
と；該第１の部品の表面上の計算されたアッセンブリィ
ポイントを表示することとの段階を特徴としている。
【００１１】この方法は、さらに第２の部品に対して固
定された基準点を決める段階を備えている。オプション
としてアッセンブリィ場所を決める段階と、基準位置を
測定して決める段階とは第１の位置におかれた測定装置
によって実行され、また基準位置を測定して決める段階
と、第１の部品の表面の一部を測定する段階とは第２の
位置に置かれた該測定装置もしくは他の測定装置によっ
て実行される。第１と第２の位置から測定する段階は、
第２の部品とを一緒にするアッセンブリィのための第１
の部品を差出して第１の部品を所定のアッセンブリィ場
所に重ねる別の段階に続いて実行される。
【００１２】好ましいのは、この発明がレーザトラッカ
のような非接触技術もしくは装置を用いて実施されて、
第２の部品上のアッセンブリィポイントの位置を定義す
るようにすることである。また、レーザトラッカのよう
な同じ装置が、（１）第２の部品に重なるときには第１
の部品の位置と配向を測定し、（２）第１の部品の表面
上のアッセンブリィポイントの位置を計算し、（３）そ
の計算された位置を表示するために使用されることが好
ましい。
【００１３】好都合なことには、これが急速に能力を生
じさせて、単一の操作で、アッセンブルされることにな
る部品の１つの上で多数位置に関する場所を識別しかつ
それをレーザトラッカのような装置と関係しているメモ
リ内に記憶させるようにする。したがって、アッセンブ
リィ操作の速度は従来技術の方法の速度よりも大幅に増
大できる。加えて、この方法の１段階で測定される位置
と配向とはこの方法の後の段階で簡単に使用できて、そ
れがまた操作の精度と速度とを増している。
【００１４】オプションとして、少くとも１つの測定す
る段階か表示する段階かが既知の位置の測定装置により
実行される。便利なのは、アッセンブリィ場所を決める
段階がさらに既知の位置の測定装置から第２の部品と関
係する基準位置へのベクトルと距離とを測定し、かつ測
定した基準位置に対するアッセンブリィ場所の位置を記
憶したＣＡＤデータを用いて決める段階を備えているこ
とである。
【００１５】オプションとして、第１の部品の表面の位
置と配向が所定のやり方で前記決められたアッセンブリ
ィ場所に限られている第２の部品の表面の位置と配向と
に関係していることを確認する段階を備えている。
【００１６】アッセンブリィ場所を決める段階が第２の
部品内に置かれた案内孔に関して支持された逆反射器を
用いて実行されてよい。
【００１７】少くとも１つの測定段階か表示する段階が
非接触技術を用いて実行される。好都合なのは少くとも
１つの測定段階か表示する段階がレーザトラッカ装置を
用いて実行されてよいことである。
【００１８】オプションとして、この方法はさらに表示
されたアッセンブリィポイントでアッセンブリィ孔をド
リル孔あけする段階を備えている。
【００１９】この方法はさらに表示されたポイントで溶
接をする段階を備えてよい。
【００２０】この発明はまた、この発明のプロセスによ
って製造された製品にも展開され、その製品は複数の部
品をもつ構造物、航空機、航空機用翼、及び船体といっ
た海用構造物などをあげることができる。さらにこの発
明はまた計算機プログラムと計算機プログラム製品にも
展開され、これらのものはこの発明のシステムを実現す
るようにされている。
【００２１】この発明の他の特徴と実施形態であって、
対応する目的と利点とを備えたものは以下の記述と、特
許請求の範囲とから明らかになるであろう。この発明の
特定の実施形態を添付の図面を参照し、例だけに限るこ
ととして記述して行く。
【００２２】
【発明の実施の形態】図１を見ると、航空機ウィングボ
ックスのリブの単一のリブ脚１が示されている。リブ脚
１の上側表面３は平面状である。この図から見ることが
できるように、４つの案内孔１ａ，１ｂ，１ｃ及び１ｄ
がリブ脚１内でドリル孔あけされていて、その位置は最
終のアッセンブリィ孔の所望位置であって、ウィングス
キンを留めるために使用される。案内孔１ａ〜１ｄは通
常のドリル用ブロック（図示せず）を用いてドリル孔あ
けされ、このドリル用ブロックはリブ脚１の表面に対し
て垂直に案内孔が確かにあけられるようにするのに使用
される。案内孔１ａ〜１ｄの直径は精密な許容値であけ
られる。これが孔の位置が、以下に記述するようにウィ
ングスキン（図示せず）を差出す前に正確に設定できる
ことを確保している。
【００２３】案内孔１ａ〜１ｄの位置を設定することが
この実施形態でレーザトラッカ装置と逆反射器、あるい
はコーナーキューブのシステムを用いて達成される。レ
ーザトラッカはLeica社のＬＴＤ５００でよく、これは
適切な逆反射器と適切なオペレーテングソフトウェア
（例えば、Leica Geosystems Ltd, Davy Avenue, Knowl
hill, Milton Keynes, MK5 8LB, UK在からの“ＡＸＹ
Ｚ”のようなソフトウェア）とで利用可能とされてい
る。
【００２４】測定技術でよく知られているように、レー
ザトラッカ装置は３次元で位置を測定することができ
て、方位角、仰角（高度）及び距離として測定され、そ
こでは操縦可能なミラーとレーザ干渉計測距装置（シス
テム）が使用される。
【００２５】レーザトラッカにより測定された位置は、
逆反射器もしくはコーナーキューブとして知られる逆反
射性（レトロレフレクティブ）ターゲットの位置によっ
て規定される。このターゲットはそこへの入射光を１８
０°反射するもので、入射角に独立して方位角にも仰角
にも共に１８０°反射する。当業界でよく知られている
ように、逆反射器は球面状の外側表面をもつマウント内
に設置される。したがって、逆反射器とマウントの直径
についての知識はレーザトラッカと逆反射器の中心との
間の距離を正確に計算できるようにする。
【００２６】図２と３とを参照するとして、この実施形
態における各案内孔１ａ〜１ｄの位置を設定する方法を
記述して行く。
【００２７】孔１ａ〜１ｄの位置を測定する前に、ウィ
ングボックスは適当なジグ内にしっかりと固定され、自
由に動くことができないようにされるか、あるいは周囲
の状態の変化に従うものとされる。これは案内孔１ａ〜
１ｄの位置と配向とが固定されて安定したものとなるよ
うにし、この実施形態の方法を実施する間に変ることが
ないようにすることが確実に行なわれるようにする。
【００２８】レーザトラッカ（図示せず）もまた測定ス
テーション内に設定されて、その位置と基準配向とがウ
ィングボックスに関して変らないことを確実にしてい
る。加えて、レーザトラッカの設定は、ウィングボック
スの関心のある各点を直接視線の中に入れるような位置
をとっている。
【００２９】図２から分るように、アダプタ２１がリブ
脚１の孔１ａの中に置かれている。アダプタ２１はピン
２１ａとカップ（コップ）２１ｂとで構成されている。
ピン２１ａは精密機工がされていて形は円筒状であり、
案内孔１ａ内にぴったりと嵌め合っている。したがっ
て、アダプタは案内孔１ａによって所定の深さまで受け
入れられるようになっている。アダプタ２１のカップ２
１ｂは精密に形成されていて、ピン１ａに対する設定位
置で対応する直径の逆反射器２２を保持するようになっ
ている。
【００３０】こうして、逆反射器２２がアダプタカップ
２１ｂ内に位置付けされるときには、逆反射器２２の中
心はリブ脚１の表面から既知の距離“ｄ”の位置にあっ
て、孔１ａの長手方向軸線上に置かれ、言い換えると逆
反射器２２は案内孔１ａ上の中心に置かれている。
【００３１】レーザトラッカ（図示せず）をトラッカモ
ードで使用して、逆反射器２２はレーザトラッカ（バー
ドバス（bird bath：小鳥の水浴用水盤）として知られ
ている）上の校正された基準位置から、図２に示すよう
に、アダプタ２１のカップ２１ｂ内に置かれるようにな
るまで移動される。逆反射器２２の位置は、レーザトラ
ッカによって測定されると、記録される。これはＬＴＤ
５００のようなレーザトラッカ上の点測定モードを用い
るか、あるいは手操作で行なうことができる。
【００３２】図３には、３次元空間内の点が表面３内の
孔１ａに対して示されていて、それが参照符号１ａ′と
してある。
【００３３】記録した位置１ａ′（すなわち逆反射器２
２の中心の位置）は、（図１に示したように）リブ脚１
の表面３に垂直な既知の距離であり、孔１ａの長手方向
軸に沿って置かれている。図２と３とに示した距離
“ｄ”は逆反射器２２と接触しているアダプタカップ２
１ｂのベースと表面３との間の距離に逆反射器２２の半
径を加えたものに対応している。
【００３４】ポイント１ａ′の位置は３つの自由度に限
り測定される。いうなれば、測定ポイント１ａ′に関し
て、表面３内での孔１ａの配向についての情報は何も与
えられない。しかし、２つの別なリブ脚孔について上述
のプロセスを繰り返すことによって（この場合は図３に
示すように孔１ｂと１ｃとについてプロセスを繰返すこ
とによって）、２つの別な等価ポイント１ｂ′と１ｃ′
とが位置決めされる。３つのポイント１ａ′〜１ｃ′が
平面３０を定義づけ、この面内では、各測定ポイントが
位置決めされていて、リブ脚１の表面３と平行になって
いる。
【００３５】平面３０は上で説明したように距離“ｄ”
だけリブ脚１の表面から既知の方向にオフセットして
（ずれて）いる。したがって、配向は孔１ａ〜１ｃの位
置と一緒に計算することができて、平面３に対して垂直
な既知の方向にそれぞれの測点ポイント１ａ′〜１ｃ′
から与えられた距離“ｄ”のところにあるとされる。
【００３６】その他の孔１ｄの位置と配向とは、また同
じ様なやり方で計算することができる。
【００３７】平面３０は代って上と同じやり方で４つ以
上の孔の位置と測定することによってまた面３０を定義
するために最小自乗法アルゴリズムを用いることによっ
て求めることもできることは理解できよう。
【００３８】さらに、表面３が平面でないときには、表
面上で多くの数の場所を測定することによって、平面３
０と等価な平面でない表面を生成することもまた可能で
ある。表面はそのときは通常の数学的方法を用いて測定
された位置に適合させることができる。このような平面
でない表面からは、案内孔１ａ〜１ｄの位置と配向とが
上述のように設定できる。
【００３９】必要とされる各案内孔の位置と配向とが設
定されるときには、ウィングスキンは差し出されて（of
fered up、一緒にする）、通常のやり方でウィングボッ
クスに対して位置決めされてクランプされて、アッセン
ブリィに供される。差し出しプロセスの間に、組合され
たウィングボックス／ウィングスキン構造物は固定され
かつ安定して保持されなければならない。
【００４０】ウィングスキンが位置にクランプされると
きには、ウィングスキンは局部的に平面状であると仮定
されてよく、この場所では各リブ脚と重なっている。し
かし、ウィングプロフィル（輪郭）が曲っていると、２
つの与えられたリブ脚の外側表面（リブ脚１の表面３）
の配向は共平面状とはならないことがある。したがっ
て、ウィングスキンの背後で所与の案内孔と同軸となる
ようにウィングスキンを通ってドリル孔あけをするため
に、リブ脚の配向、もしくは局部的なウィングスキン表
面はそれが許されるようにしなければならない。加え
て、ウィングスキンの厚さはウィングスキン上のはっき
りとしたドリル用ポイントを変更するが、その条件はマ
ークを付ける方法が関係する案内孔の長手方向軸上でな
い位置からドリル用ポイントを眺めている場合である。
【００４１】図４と５とを参照して、案内孔１ａ〜１ｄ
と同軸ドリル孔あけができるようにする、ウィングスキ
ンの外側にドリル用場所を位置決めするプロセスを記述
するが、ここではウィングスキン表面の厚さと配向とが
考慮されることになっている。
【００４２】図４はウィングスキン４０の上側表面４０
ａの部分的な斜視図であり、ウイングスキン４０はウィ
ングボックスに差し出されて、リブ脚１（図示せず）に
重なっており、これがアッセンブリィ孔をドリル孔あけ
する前の状態である。
【００４３】孔１ａ〜１ｄの位置と配向とを見付けるた
めに前述したのと同じやり方で、リブ脚１に局部的に重
なっているウィングスキン４０の外側表面４０ａによっ
て定義付けられる平面の方程式が決められる。言い換え
ると、トラッカモードでレーザトラッカを用いて、逆反
射器２２が校正された基準位置からリブ脚１と重なって
いるウィングスキン４０の表面４０ａと接触する位置ま
で移動され、そこでポイント測定が前述のように行なわ
れる。このポイントが図４で参照番号４２ａとしてあ
る。この目的のために、リブ脚１内の孔１ａ〜１ｄの位
置をレーザトラッカは記憶しているので、リブ脚１と重
なっているウィングスキン４０の外側表面４０ａの第１
の近似位置を示すためにそれを使うことができる。
【００４４】２以上の測定（参照符号４２ｂ，４２ｃ）
が同じ領域上で行われてウィングスキン表面４０ａから
オフセットした平面４３と定義している３以上の非共直
線点（直線上にない点）を定義するのにあてられる。こ
れが図４に示されている。
【００４５】ウィングスキン４０の局部的な平面状の表
面は、逆反射器２２の半径“ｒ”だけ既知方向にある平
面と平行にあって、そこからオフセットしている。
【００４６】したがって、平面４３の方程式で、ウィン
グスキン４０の外側表面４０ａを定義しているものが標
準的な幾何学的手法を用いて定義できる。
【００４７】平面４３の方程式はそこでリブ脚１の支持
表面の平面３を定義する方程式と比較される。ウィング
スキンが正しく固定用に差し出され（一緒にされ）たと
すると、２つの平面は平行であって、ウィングスキンの
厚さだけオフセットしていることになる。もしこうなっ
ていないと（すなわち、リブ脚１とウィングスキンとの
間に“空隙（ギャッピング）”を生ずると）、また許容
値を外れたずれがあると、差し出しプロセスが繰返され
る。
【００４８】平面４３に対する方程式が定義されると、
差し出しプロセスが正しく実行されたことが確認される
と、ドリル用ポイントがウィングスキン４０の上側表面
４０ａ内でマーク付けされるために計算される。このや
り方は以下による。
【００４９】図５を見ると、図４のウィングスキン４０
の模式的な斜視図が示されていて、そこには支持用のリ
ブ脚１も一緒に示されている。各案内孔１ａ〜１ｄに対
して、標準の幾何学的技法を用いてベクトルが計算さ
れ、このベクトルは長手方向軸に沿って案内孔の中心を
通っており、ウィングスキンの局部的な表面に対して垂
直であり、図４に示すように平面４３に対して垂直とな
っている。
【００５０】このベクトルは孔１ａについて矢印“Ｎ”
として図５では示されている。
【００５１】ベクトル“Ｎ”が平面４３と交わるところ
では、ウィングスキン表面４０ａ上でドリル用ポイント
が定義される。再び標準の幾何学的技法が用いられてベ
クトル“Ｎ”による平面４３の交差が計算される。この
ポイントが図５では“ｐ”と参照符号が付けられてい
る。さらに、ベクトル（図示せず）がレーザトラッカ位
置から各ドリル用ポイント“Ｐ”を通って計算される。
【００５２】レーザトラッカは次に今度はこうした計算
されたベクトルの各々に沿ってレーザを方向付けるため
に使用されて、それにより、計算されたドリル用点の各
々に対する投影位置“Ｐ”上にレーザが当るようにす
る。
【００５３】オペレータはそこで鉛筆の十字しるし（ペ
ンシルクロス）でドリル用ポイントにマーク付けができ
るし、あるいは別の適当な方法を用いてすることができ
て、これが投影されたレーザスポットによって示される
ことになる。
【００５４】最後に、ドリル孔あけ操作が行なわれて局
部的なウィングスキン表面に垂直な角度でドリル孔あけ
が、各マークを付けたドリル用ポイントでウィングスキ
ンを通って、行なわれる。これが前述のように通常のド
リル用ブロックを用いて達成される。
【００５５】ウィングスキンが、この発明の方法の実施
により、ウィングボックスと組立てられて完全な部品集
合体であるウィングアッセンブリィを形成したときに
は、２つのこのような部品集合体であるアッセンブリィ
が航空機胴体上にマウントされて通常のやり方で航空機
を形成することができる。
【００５６】この実施形態では、各リブ脚と局部的に重
なっているウィングスキンの外側表面の平面の方程式を
ポイント測定モードを用いて設定するのに代って、連続
モードでレーザトラッカを用いることが可能であること
が理解できる。（このモードでは数多くの測定が毎秒行
なわれて）ウィングスキンの外側表面と連続的に接触し
てまたその表面上で“ジグザグに”保持されている逆反
射器をトラッキングする。したがって、１つの操作でウ
ィングスキンの外側表面の大きな部分のいずれの部分に
ついてもその位置と配向とを決めるために十分速く測定
値を得ることが可能である。そこで前述したように、ベ
クトルがウィングスキンの局部的な表面に垂直な各案内
孔の中心点から計算することができる。
【００５７】この発明を実施するためにはポイント１ａ
〜１ｄの位置と同じように配向を計算する必要がないこ
とが理解されよう。その理由は３つの自由度が知られて
いる１つのポイントがベクトル“Ｎ”を決めるためには
十分であり、このベクトルはそのポイントを通り、局部
的なウィングスキン表面に垂直な角度でウィングスキン
と交わるものである。しかしながら、ポイント１ａ〜１
ｄの位置と同じように配向を計算することによって、リ
ブ脚１の表面３とウィングスキンの表面４０ａとが共平
面であることのチェックが上述のように行なえる。した
がって、この実施例の方法を用いて、ウィングスキンが
正しくウィングボックスに対してアッセンブリィ前に差
し出されていることを確認することが可能である。
【００５８】これに代って、この発明は第２の実施形態
に従って使用されて、リブ脚１内の下にある孔１ａ〜１
ｄに対応してウィングスキン４０上の位置にマークを付
けることができ、その場合にウィングスキン４０はリブ
脚１に前もって差し出されているものとする。図６と７
とを参照すると、レーザトラッカがリブ脚１の後方で第
１の場所に位置決めされている。このポイントでは、ウ
ィングスキン４０はすでにリブ脚１に差し出されてい
て、したがってインシトゥ（本来の位置）にある。アダ
プタ２１と逆反射器２２とは３つの基準場所５０ａ〜５
０ｃの間を後に移動して、これらの基準点は“Ａ”とし
るしを付けた方向でリブ脚１の前部からと、“Ｂ”とし
るしを付けたリブ脚１の後からとの両方から見ることが
できる。３つの基準場所５０ａ〜５０ｃはレーザトラッ
カにより第１の実施形態について前述したのと同じやり
方で測定されて、次のように基準フレーム５１を定義す
るために使用される。
【００５９】基準フレーム５１を定義している基準座標
系の原点となるように第１の基準位置（場所）５０ａが
採用される。第１の基準位置５０ａと第２の基準位置５
０ｂ（Ｖab）が計算されて、基準座標系のｘ軸として採
用される。第３の基準位置５０ｃは基準座標系のｘｙ−
平面上のどこかにあることになるので、第１の基準位置
５０ａと第３の基準位置５０ｃとの間のベクトルが計算
されて（Ｖac）、ＶabとＶacとの乗積（クロスプロダク
ト）が計算される。定義によると、乗積は基準座標系の
ｚ軸を定義するベクトルを与えねばならない。最後にｙ
軸がｚ軸とｘ軸との乗積をとることにより計算される。
【００６０】そこで、ｘ−，ｙ−及びｚ−軸の係数が正
規化されて単位ベクトルを作るようにされて、第１の４
×４マトリックスが形成され、そこにはｘ−，ｙ−及び
ｚ−軸の単位ベクトルが第１の３つの列の第１の３つの
行の中に含まれていて、第４の列は第１の基準位置５０
ａ（原点）の座標を含んでいる。第４の行の第１の３つ
の列はゼロに設定され、第４の行の第４の列は１に設定
される。この第１の４×４マトリックスはレーザトラッ
カにより測定されたいずれもの位置を第１の位置から基
準座標系内のある位置に変換するために使用できるもの
となっている。
【００６１】第１の４×４マトリックスが定義される
と、アダプタ２１と逆反射器２２とはリブ脚１内のいく
つかの孔１ａ〜１ｄ内に置かれ、それらの位置５２はレ
ーザトラッカにより測定される。前のように、レーザト
ラッカで測定される位置は逆反射器の中心の位置であ
り、この位置は所望の孔の軸上でのリブ脚の後面から距
離“ｄ”である。必要であれば、第１の４×４マトリッ
クスで第１のレーザトラッカ位置を基準座標系に関係付
けるものが使用されて、基準座標系に関して測定された
孔の位置１ａ〜１ｄを定義するようにできる。
【００６２】次にレーザはリブ脚１の前方から第２の位
置へ移動される。この第２のレーザトラッカ位置から、
リブ脚１はウィングスキン４０の背後に隠れている。ア
ダプタ２１と逆反射器２２とは同じ３つの基準位置５０
ａ〜５０ｃの間で移動され、これらの位置に依然として
同じ基準フレーム５１を定義しており、それらの位置は
同じやり方でレーザトラッカによって測定される。上述
と同じプロセスが実行されて基準座標系を定義し、第２
の４×４マトリックスが上述のように形成される。この
場合に、第２の４×４マトリックスは第２の位置でのレ
ーザトラッカにより測定された位置を基準座標系と関係
付けており、第１の位置でのレーザトラッカにより測定
された位置を基準座標系と関係付けるという、第１の４
×４マトリックスの実行する機能ではない。
【００６３】リブ脚１とウィングスキン４０との背後の
第１の位置からレーザトラッカが測定したリブ脚１の孔
１ａ〜１ｄの位置は、今ではリブ脚１とウィングスキン
４０との前方の新しい第２の位置に関して計算できる。
これには第１のレーザトラッカ位置で測定した孔の位置
を第２のレーザトラッカ位置に関する孔の位置に関係付
ける第３の４×４マトリックスを形成することにより達
成がされる。この第３の４×４マトリックスは第２の４
×４マトリックスを第１の４×４マトリックスの逆マト
リックスと乗算することにより形成される。第１のレー
ザトラッカ位置で測定した孔の位置は次に第３の４×４
マトリックスにより前もって乗算されて（測定された位
置のｘ−，ｙ−及びｚ−位置を含んでいる第４の要素マ
トリックスを形成することによる、ここで第４の要素組
を１とする）、第２のレーザ位置に関する孔の位置を得
るようにする。
【００６４】各測定した孔１ａ〜１ｄに対応しているウ
ィングスキン４０の外側表面４０ａ上の必要とされる位
置は今度は次のように示される。こういったポイントは
幾何学的には測定された孔の位置と直線によって結ばれ
ていて、この直線はウィングスキン４０の外側表面４０
ａに対して垂直に延びていることを覚えていてほしい。
【００６５】逆反射器２２はレーザトラッカバードバス
（小鳥の水浴槽）から移動して、ウィングスキン４０の
外側表面４０ａと接触して置かれ、外側表面４０ａの上
にすり合わされる。レーザトラッカは逆反射器２２を連
続して追跡し、ソフトウェアは連続して逆反射器位置か
ら孔位置までの距離を計算し、この距離を表示する。逆
反射器２２は表面上で手操作ですり合わされて、この距
離が最小とされる。最小の距離がそこてで局部的な座標
系についての原点として設定され、これが局部的な曲率
を反映することになる。最小距離が見付かるので、この
原点は孔の位置（すなわちリブ脚１の後方面での孔１ａ
〜１ｄの中心）をほぼ通るウィングスキン４０の外側表
面４０ａからの垂直な直線上にあることになる。しかし
ながら、この原点は依然として精度上は許容できる公差
の外にあってもよく、ウィングスキン４０の外側表面４
０ａの局部的な曲率は相対的に小さいものである。
【００６６】局部的な基準座標系を用いることにより、
改善された位置が見付けられる。これは逆反射器２２
を、例えば１０ｍｍ、といった短距離だけ局部的な基準
座標系の所望のｘ−軸に対応する方向に移動することに
よって定義される。この位置が測定され、原点からのベ
クトルが計算され、次にこれがｘ−軸を定義する。ｘｙ
−平面を定義している近似的なｙ−軸で真の直交ｙ−軸
でないものが同じやり方で定義される。ｘ−軸と近似的
なｙ−軸とは直交している必要はない局部的な基準座標
系が次に局部的な原点と局部的なｘ−軸と近似的なｙ−
軸とを用いて計算され、そのやり方は基準座標系が先に
計算されたのと同じである。局部的な基準座標系は、定
義によりウィングスキン４０の外側表面４０ａの局部的
な曲率を表わしている。上記したのと類似のやり方でレ
ーザトラッカの第２の位置に関して知られている位置が
局部的な基準座標系に変換できる。
【００６７】ウィングスキン４０の外側表面４０ａ上の
必要とされる位置は、逆反射器２２をもう一度外側表面
４０ａに対して置き、逆反射器２２を外側表面４０ａ上
でこすり合わせることによって見付けられる。レーザト
ラッカは第２の位置に留まって、毎５０ｍ秒に逆反射器
２２の位置の測定を行ない、各新しい読みに対して局部
的な基準座標系の原点を新しい位置にリセットして、局
部的な座標系変換をされによって再計算する。このこと
は単に古い原点を新しい位置に並進移動することにより
行なわれる。ウィングスキン４０の外側表面４０ａの曲
率は局部的な面積上では平坦に留まっているので、この
変換での局部的な座標フレーム軸の回転の必要性は無視
できる。
【００６８】第１のレーザトラッカ位置での孔位置の以
前の測定値はそこで局部的な基準座標系に変換される。
もし逆反射器２２が正しい位置にあると、変換された孔
の位置はゼロのｘとｙ座標をもつことになり、垂直なｚ
方向にだけ変移している。そうでなければ、ｘとｙ座標
はｘとｙとで距離を示していて、逆反射器２２が所望ポ
イントから離れていることである。この距離情報は両方
とも表示ができて、それにより逆反射器２２は所望ポイ
ントまで手操作で移動されるようにできるか、あるい
は、もし逆反射器２２が動力付きテーブル内に保持され
ていれば、所望ポイントまで逆反射器２２を駆動するた
めに使用されるようにできる。所望ポイントはそこでウ
ィングスキン４０の外側表面４０ａ上にマークを付けら
れる。これに代って、ドリル孔あけのような操作がその
位置で直接的に実行できる。例えば、逆反射器２２が動
力付きテーブル内に保持されている場合には、逆反射器
２２は移動されるようにできて、ドリルの刃がドリルブ
ロックを用いてその場所でドリル孔あけに使用される。
ドリルはこうしてウィングスキン４０の外側表面４０ａ
に垂直に入ることになり、そのポイントではリブ脚１の
後方から対応している孔１ａ〜１ｄの正しい中心を通っ
て入り込むようにされている。
【００６９】この発明の第２の実施形態と関係して上述
した計算はまたこの発明の第１の実施形態でも等しく使
用できることは理解されよう。
【００７０】上記の実施形態から明らかなことは、この
発明がどのように実効をあげるかということの単なる例
にすぎない。他の多くの代替がこの発明の範囲の中で当
業者にとって明らかであろう。
【００７１】例えば上記の実施形態はドリル孔あけする
場所にマークを付ける方法を参考として記述してきた
が、溶接といった他の各種のアッセンブリィ方法に関連
して使用することもできる。
【００７２】さらに、上記の実施形態では案内孔が位置
情報を得るためにドリル孔あけされて、後にウィングス
キンを通ってドリル孔あけされるアッセンブリィ孔をど
こに位置すべきかの情報を得るものとされていたが、こ
の機能を受るための他の方法が代って採用できる。例え
ば、アダプタを用いて逆反射器を案内孔から既知の量だ
けずれたところに置くようにするのに代って、“ランド
ファインダ（土地発見器）”とかジグで、逆反射器を所
望ドリル孔あけ位置と既知の対応をもつ位置に支持する
ものが、リブ脚に関して所定位置に一時的に保持される
ようにすることができる。このやり方は、案内孔ドリル
孔あけを不要とするようにでき、したがって“ピップし
た”孔を生じさせる可能性をなくし、アッセンブリィ動
作を完了するのにかかる時間を減らしている。
【００７３】さらに、オペレータはアッセンブリィ動作
の前に基準座標系のレーザトラッカでの測定を行うこと
ができる。これはオペレータにとってアッセンブリィ動
作中に基準座標系の測定を繰返してレーザトラッカもア
ッセンブリィもいずれもが初期位置から動いていないこ
とを確認するようにする可能性を与えている。さらに、
このことをすることによって、単一のトラッカがいくつ
かの測定ステーション間で移動できて、その後に大きな
アッセンブリィプロセスに対処するために初めの方の測
定ステーションに戻ってくることができるようになる。
このようなプロセスでは、レーザトラッカの測定ステー
ション間の位置の差が既知の基準位置を用いて検出され
るようにできて、それにより補償ができる。これは例え
ば航空機とか船舶のような大きな構造物のアッセンブリ
ィ動作では必要とされることである。
【００７４】技術をもった読者は、この発明がアッセン
ブルされるべき部品についてのＣＡＤデータを用いて実
施することもできることは現実のものとできよう。この
ような実施形態では、コンプライアントでない（従順性
のない）構造にとっては固定用に第２のもしくは別の部
品を差し出す前に第１の部品に対する選ばれた基準位置
を測定することだけが必要とされる。ＣＡＤデータがそ
こで使用されて、第１の部品上のアッセンブリィ位置を
位置決めした基準ポイントに関して決め、その際に各ア
ッセンブリィポイントを個別に測定することを要しな
い。さらに、別の基準位置を固定のために第１の部品に
差し出される部品に関して測定することにより、ＣＡＤ
データが差し出される部品の表面位置と配向とを定義す
るために使用できる。こうしてＣＡＤデータを用いるこ
とにより、必要とされる測定の数が大幅に減らされて、
このプロセスを実行するのに要する時間が減らされる。
【００７５】技術をもつ読者はまたこの発明がレーザト
ラッカ以外の測定機器を用いて実効をあげられることを
理解できよう。例えば、与えられた応用として、測定さ
れる距離と必要とされる精度が許容されるとすると、レ
ーザストリッパが代って使用されてよいし、または実際
にプログラマブルレーザポインタとか、等価な装置を用
いるいずれもの測定技術が使用できる。この発明のこの
ような実施は、コストと時間とが効率的なマーク付け方
法を提供し、産業上でのアッセンブリィ位置にマークを
付け、この分野では一般に部品の寸法としたがって測定
距離とが低減される。その例は自動車産業である。 ［図面の簡単な説明］
【図１】ウィングスキンと組立てる前のウィングボック
スリブの脚部の模式的な斜視図。
【図２】図１のリブ脚部に予めドリル孔あけした案内孔
内に置かれたアダプタによって支持された逆反射器の側
面図。
【図３】定義されたリブの表面とともにした図１のリブ
脚部の支持表面の模式的な斜視図。
【図４】ドリル孔あけする前の、図１のリブ脚部に固定
するために位置まで差出されたウィングスキンの外側表
面の部分図。
【図５】図４の模式的な斜視図であり、下側にあるリブ
脚部がウィングスキン上のドリル孔あけ点と一緒に示さ
れている図。
【図６】ウィングスキンの背後の位置からウィングスキ
ンに取付けられる前の、ウィングスキンに対向して置か
れたリブ脚の模式的斜視図。
【図７】図６の模式的斜視図であるが、ウィングスキン
の上面の位置からのものであり、今では隠れてしまった
リブ脚部の位置も示されている図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウォーカー、キャロル・アン イギリス国、ビーエス32・０イーイー、 ブリストル、ブラッドリー・ストーク、 ペリーズ・リー 21 (72)発明者 アンダーソン、ジョン・スチュアート イギリス国、ビーエス６・７エーエー、 ブリストル、レッドランド、クランサイ ド・アベニュー ５ (56)参考文献 特開 平３−250258（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−11487（ＪＰ，Ａ) 特開2000−57204（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23B 49/00 G06F 17/50 632

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１の部品（４０）が第２の部品（１）
    にそこで接合されることになる該第１の部品上のアッセ
    ンブリィポイント（Ｐ）を位置決めする方法であって： 該第２の部品に関してアッセンブリィポイント（１ａ，
    １ｂ，１ｃ，１ｄ）を測定して決める段階と； 該第１の部品の表面（４３）の部分（４２ａ，４２ｂ，
    ４２ｃ）を測定する段階と、ただしこの表面（４３）は
    該第２の部品からは間隔がとられていて、それにより該
    表面の位置と配向とを定義するようになっているものと
    し； 該第１の部品の表面上でアッセンブリィポイントとし
    て、該第１の部品の表面が該決められたアッセンブリィ
    位置と該第１の部品の表面との間を通るベクトル（Ｎ）
    によって交差するところを計算する段階とを備えた方
    法。
  2. 【請求項２】 第１の部品（４０）が第２の部品１にそ
    こを通って接合されることになる該第１の部品上のアッ
    センブリィポイント（Ｐ）を位置決めする方法であっ
    て：該方法は、 該第２の部品に関してアッセンブリィ場所（１ａ，１
    ｂ，１ｃ，１ｄ）を決める段階と； 該第１の部品が該決められたアッセンブリィ場所に重な
    って、該第２の部品とアッセンブリィするために第１の
    部品を差出す段階とを備え、さらに、該第２の部分から
    間隔をとった第１の部品の表面（４３）の部分（４２
    ａ，４２ｂ，４２ｃ）を測定して、それにより該表面の
    位置と配向とを定義することと； 該第１の部品の表面が該決められたアッセンブリィ場所
    と該第１の部品の表面との間を通るベクトル（Ｎ）によ
    り交差されるところを、該第１の部品の表面上のアッセ
    ンブリィポイントと計算することと； 該第１の部品の表面上の計算されたアッセンブリィポイ
    ントを表示することとの段階を特徴とする方法。
  3. 【請求項３】 さらに第２の部品に対して固定された基
    準点を測定して決める段階を備えた請求項１記載の方
    法。
  4. 【請求項４】 前記アッセンブリィ場所を決める段階
    と、基準位置を測定して決める段階とは第１の位置にお
    かれた測定装置によって実行され、また基準位置を測定
    して決める段階と、前記第１の部品の表面の一部を測定
    する段階とは第２の位置に置かれた該測定装置もしくは
    他の測定装置によって実行される請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記第１と第２の位置から測定する段階
    は、第２の部品とのアッセンブリィのための第１の部品
    を差出して第１の部品を所定のアッセンブリィ場所に重
    ねる別の段階に続いて実行される請求項４記載の方法。
  6. 【請求項６】 少くとも１つの測定する段階か表示する
    段階かが既知の位置の測定装置により実行される請求項
    １ないし５のいずれか１項記載の方法。
  7. 【請求項７】 アッセンブリィ場所を決める段階はさら
    に既知の位置の測定装置から第２の部品と関係する基準
    位置へのベクトルと距離とを測定し、かつ測定した基準
    位置に対するアッセンブリィ場所の位置を記憶したＣＡ
    Ｄデータを用いて決める段階を備えている請求項６記載
    の方法。
  8. 【請求項８】 さらに、第１の部品の表面の位置と配向
    が所定のやり方で前記決められたアッセンブリィ場所に
    限られている第２の部品の表面の位置と配向とに関係し
    ていることを確認する段階を備えた請求項１ないし７の
    いずれか１項記載の方法。
  9. 【請求項９】 アッセンブリィ場所を決める段階が第２
    の部品内に置かれた案内孔に関して支持された逆反射器
    を用いて実行される請求項１ないし８のいずれか１項記
    載の方法。
  10. 【請求項１０】 少くとも１つの測定段階か表示する段
    階が非接触技術を用いて実行される請求項１ないし９の
    いずれか１項記載の方法。
  11. 【請求項１１】 少くとも１つの測定段階か表示する段
    階がレーザトラッカ装置を用いて実行される請求項１０
    記載の方法。
  12. 【請求項１２】 請求項１ないし１１のいずれか１項記
    載の測定、計算及び表示をする方法の段階を、適切な測
    定用及び表示用手段と関係した計算機及び他のプロセス
    用手段の一方または両方の上でプログラムが実行される
    ときには、実行するようにするためのプログラムコード
    手段を備えている計算機プログラム。
  13. 【請求項１３】 請求項１ないし１１のいずれか１項記
    載の測定、計算及び表示をする方法の段階を、適切な測
    定用及び表示用手段と関係した計算機及び他のプロセス
    用手段の一方または両方の上でプログラムが実行される
    ときには、実行するようにするための計算機が読取り可
    能な媒体上に記憶されたプログラムコード手段を備えて
    いる計算機プログラム製品。
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