JP5114296B2 - 取り付け用の留め具のための方法並びに装置 - Google Patents

Description

以下で説明される実施形態は、一般に、構造体の組み立て並びに試験に関し、より詳細には、このような構造体に対するアッセンブリシステムの配置並びに配向に関する情報を優良な留め具を使用して与えるための方法並びに装置に関する。

航空機の機体の構造体や、他のこのようなボックスタイプの構造体を組み立てる間、一部分が構造体の外側で動作し他の部分が構造体の内側で動作するアッセンブリシステムの種々の部品が、正確に位置付けられアライメントされ、かくして組み立て作業の同期動作を容易にすることが、望ましい。このような作業は、例えば、リベットや他の留め具を導入することを含み、自動組み立てシステムの使用若しくは手動により、なされることができる。

自動組み立てシステムにおいては、構造体に対するアッセンブリシステム並びにアッセンブリシステムの種々のエンドエフェクターの位置付け並びに配向に関する詳細な情報が、提供並びに管理されることが好ましい。このような位置付けの問題に対処した１つの一般的な方法は、組み立ての間に部品を安定させるように構造のインターフェースの所に導入される「鋲状の」留め具を使用して、内側並びに外側のアッセンブリシステムの配置を調整することを含んでいる。このような留め具の位置は、アッセンブリシステムの内側部分と外側部分との両方により、通常の視覚システムカメラを使用して検出されることができる。

他の一般的な技術は、内側構造部品のホール内に配設され得る小さな磁石と、中央部分（即ち、磁石）が位置されるまで外面に沿って移動される磁石のセントロイドファインダとの使用を含んでいる。「Ｘ」若しくは他のこのような符号が面に付され、この符号は、視覚システムカメラによりアッセンブリユニットの外側の部分で認識される。

しかし、このようなシステムは、いくぶん不正確であり、一般に二次元の案内（例えばｘ並びにｙ位置）しか与えない。さらに、このような受動的な鋲状の留め具は、システムが配置される特定の構造配置を認識するように構成されていない。

従って、結合並びに試験の動作の間、改良された留め具、並びにこのような留め具のための整合方法を提供することが、望ましい。種々の実施形態の他の所望の特性並びに特徴は、添付図面、以上の技術分野、並びに背景技術と共に、以下の詳細な説明並びに添付の特許請求の範囲から明らかになる。

優良な留め具を使用した改良された組み立て方法並びに装置が、提供される。一実施形態において、取り付け用の留め具（例えば、「鋲状の」留め具）は、取り付け用の留め具に関する情報（例えば、品番）をコード化した光ビーコンを発生するように構成された１つ以上の光源（例えば、発光ダイオード）を有している。この光ビーコンの方向は、外側のアセンブリシステム並びに/若しくは内側のアッセンブリシステムを取り付け用の留め具にアライメントするのに使用されることができる。この光ビーコンは、外部システムから受け取った指示により、若しくは自動的に動作されることができる。飛行機の組み立ての背景で、複数のこのような留め具が、１つ以上の機体パーツに取着されることができ、種々の構造体を自動的に組み立てるのに使用されることができる。

種々の実施形態が、同じ符号が同じ部材を示している以下の添付図面に合わせて、説明される。

以下の詳細な説明は、事実上の単なる例示であり、説明される実施形態、即ち適用例と、説明される実施形態の使用とを限定するように意図するものではない。更に、前の技術分野、背景技術、発明の開示、若しくは以下の発明を実施するための最良の形態に示される表現上若しくは暗黙の理論により規定されていることに、意味はない。

図示の簡略並びに明瞭のために、図面の図は、種々の実施形態の一般的な構造並びに/若しくは構成の形態を示している。よく知られた特徴並びに技術の説明並びに詳細は、他の特徴を無駄に不明瞭にすることを避けるために、省略される。図面の図の部材は、スケール通りに描かれる必要はなく、幾つかの特徴部分のディメンションは、例示的な実施形態の理解を良くするために、他の部材に対して拡大されることができる。

「第１」、「第２」、「第３」等の数えの用語は、同様の部材を区別するために使用され、特定の空間的または時間的オーダーを示すために必ずしも必要でない。このため使用されるこれら用語は、適切な状況のもとで相互に変更可能である。説明される実施形態は、例えば、図示若しくは説明されるもの以外のシーケンスで使用されることができる。特別に表記されていなければ、「接続」は、１つの部材、接続部、特徴部が、他の部材、接続部、特徴部に直接結合されることを意味するが、必ずしも機械的なものである必要はない。同様に、特別に表記されていなければ、「カップリング」は、１つの部材、接続部、特徴部が、他の部材、接続部、特徴部に直接又は間接的に結合されることを意味するが、必ずしも機械的なものである必要はない。

用語「具備する」、「有する」、「備える」、並びに他の用語は、包括的な包含を示すように、互いに同義的に使用される。用語「右」、「左」、「内」、「外」、「前」、「後」、「上」、「下」、並びに、他のこのような方向の用語は、相対的な位置を示すのに使用され、空間での絶対的な位置を示すために使用される必要はない。用語「例示的」は、「理想的」というよりも「一例」の意味で使用される。

簡略のために、例えば、通常の構造設計、電子技術の基本原理、光源、ＬＥＤ、センサ等を含む、当業者により知られる通常の技術、構造、並びに原理は、説明されない。

一般に、以下に説明される種々の実施形態は、アッセンブリシステムを適切な位置並びにアライメント状態に導くのを助ける高機能の留め具(intelligent fastener)の一形態に関する。より詳細には、図１において、例示的なアッセンブリの機能は、構造体１０２の１つ以上の部品を結合することを含んでいる。この図において、ボックスタイプの構造体の「スキン」１０４が、点線で示され、内側領域１０５と外側領域１０３とを全体的に規定している。図１に示されている特定のビーム、ホール、並びに他の部品が、単なる例であり、適用可能な実施形態の範囲を限定しないことは、理解されるだろう。

図１には、アッセンブリシステムの２つの部分、即ち外側の部分１１０と内側の部分１２０とが示されている。参照し易いように、これら２つの部分は、「外側のアッセンブリシステム」１１０並びに「内側のアッセンブリシステム」１２０として夫々称され得るが、実際には、これらアッセンブリシステムは、夫々独立したシステムであっても良いし、同じシステムの２つの部分であっても良い。各アッセンブリシステムは、代表的に、当面の作業を行うように構成された種々のエンドエフェクター、アクチュエータ、並びに/若しくはツールを有し、代表的に、ロボット装置並びにこれに関連したコンピュータシステム（図１に示されず）に装着される。

複数の取り付け用の留め具(instrumented fasteners)（簡略的に、「留め具」）１３０が、種々のポイントで構造体１０２に取着されている。図示されている実施形態には、５つのこのような留め具（１３０Ａ，１３０Ｂ，１３０Ｃ，１３０Ｄ，並びに１３０Ｅ）が、示されている。種々の実施形態の動作を示すために、これら留め具１３０は、「鋲状」の留め具であり、即ち構造体１０２を一時的に安定させるのを助け、強固であり得る永久的なタイプの第２の留め具に取って代えられ、そして、このような永久的なタイプの留め具を隣接したホールに挿入するのを助ける留め具であると、考えられる。代わって、これら留め具１３０は、永久的な留め具であっても良い。

前記内側のアッセンブリシステム１２０と外側のアッセンブリシステム１１０とは、次の処理が、例えば互いに隣接した、即ち隣り合った２つのタグ形式の留め具間で正確に果たされ得るように、各留め具１３０を配設して、これらアッセンブリシステム自体を正確にアライメントするように、同時に動作することが、望ましい。図１に示されている態様は、留め具１３０Ｂの上側に配置された内側のアッセンブリシステム１２０と、留め具１３０Ｂの下側に配置された外側のアッセンブリシステム１１０とを示している。

このような、また、以下に更に詳細に説明されるようなアライメントを果たすために、各留め具１３０は、アッセンブリシステム１１０，１２０により検出され得る１つ以上の光ビーコン１３２を発生するように構成されている。このような光ビーコンは、アライメントのための基準を与えることに加えて、夫々の留め具１３０の特質並びに/若しくは配置に関する（コントローラ２３０によりコード化された）コード化情報を含むこともできる。図示されている実施形態では、例えば、留め具１３０は、作動されたときに、これら留め具の主軸線に沿って夫々外方に突出する反対方向の光ビーコンを夫々発生する。

前記外側のアッセンブリシステム１１０は、所定の位置についたときに、ポート若しくはレンズ１１２を通してビーコン１３２を受け取る。これと同時に、内側のアッセンブリシステム１２０は、構造体の下面１２２に沿ったセンサ（図示されず）内に、反対方向のビーコン１３２を受け取る。これらアッセンブリシステム１１０，１２０は、センサで受け取った光の位置に基づいて、互いに反復的に移動し、正確な位置に移動されアライメントされ得る（この図に規定されているようなｚ軸線にアライメントされる）。即ち、知られた技術が、センサが、ビーコン１３２に対して中心付けられ規定度を示すように、センサをアライメントするために使用されることができる。

正確に位置並びに配向されると、これらアッセンブリシステム１１０，１２０は、次の位置（例えば、次の留め具１３０）に移動される前に、必要な動作を完了することができる。例えば、隣り合った留め具１３０間に知られた留め具を配設する位置が、算出され、この位置に永久的な留め具が導入される。

図２を参照して、例示的な取り付け用の留め具１３０が、説明される。この実施形態では、留め具１３０が、光源２１０と、他の光源２１２と、１つ以上の電源２２０と、コントローラ２３０とを収容したボディ２０２を有している。この図でｚ軸線に対応した主軸線を有するボディ２０２は、電源２２０とコントローラ２３０とに適合するのに十分大きなほぼ中空の円筒形のキャビティ２４０を有することができる。このボディ２０２は、図示されているようにねじが形成され、従って対応したナット２０４を受け、かくして構造体１０２の部品を取着することができる。

前記ボディ２０２は、種々のプラスチック、セラミック、金属、並びに複合材を含む材料のいずれかの適切な材料若しくは組み合わせからなることができる。更に、このボディ２０２は、いずれの構成並びにサイズを有することができ、図２に示されている鋲状の留め具に限定されない。一実施形態において、このボディ２０２は、ほぼ円筒形であり、約０．１５ないし０．５０インチ（０．３８１ないし１．２７ｃｍ）の直径を有している。

前記光源２１０と光源２１２とは、前記コントローラ２３０により作動された時、並びに、前記電源２２０により電力が供給された時に、反対方向に最大強度を有する反対方向のビーコン１３２Ａとビーコン１３２Ｂとを夫々発生するように、方向付けられている。外側のキャビティ２４２，２４４が、光源２１０，２１２近くに夫々図示され、これら光源２１０，２１２を外部の衝撃並びに他の力から保護するように機能している。

これら光源２１０，２１２は、適切な発光部品、例えば、通常の発光ダイオード（ＬＥＤ）を有することができる。更に、可視光以外の電磁スペクトルの他の部分が、使用され得る。前記電源２２０は、本分野で知られる種々の小さな通常のリチウムイオン電池のような１つ以上の電池を有することができる。

図３は、取り付け用の留め具１３０の簡略されたブロック図を示している。前記電源２２０から適切な電圧Ｖを受けるコントローラ２３０は、抵抗３１０を介して電流をＬＥＤ２１０に供給する。このコントローラ２３０は、光源２１０，２１２を適切に制御するように構成されたハードウェア、ソフトウェア、並びにファームウェアのいずれかの組合せを有することができる。かくして、このコントローラ２３０は、通常知られているようなＩ/Ｏ、マイクロプロセッサ、メモリーを有することができる。また、このコントローラ（若しくは、前記ボディ２０２内に設けられた他の部品）は、例えば無線通信プロトコルを介して外部コマンドを受け取るように構成されることができる。

前記コントローラ２３０は、予め決定された時間に、若しくは外部の指示又は刺激に応じて、前記光源２１０，２１２を定期的に動作させることができる。即ち、アッセンブリシステム１１０並びに/若しくはアッセンブリシステム１２０（若しくは、アッセンブリシステムに装着されたコンピュータシステム）は、アッセンブリシステムが留め具１３０近くにあるときのみ、コントローラ２３０が光源を動作させるように、コントローラ２３０に指示を無線で送るように構成されることができる。代わって、コントローラ２３０は、（例えば、通常の受動的若しくは能動的なＲＦＩＤのスキームを介して）アッセンブリシステムの存在を検出し、アッセンブリシステムが留め具１３０から予め設定された距離内にあるときのみ光源を動作させることができる。

更に、上述されたように、前記ビーコン１３２は、留め具１３０の特質並びに/若しくは位置に関連した情報をコード化することが望ましい。従って、所定のデータ２３５が、優先的にコントローラ２３０内にストアされることが好ましい。このデータは、例えば、留め具１３０のパーツＩＤに関連した情報を含むことができ、この留め具の情報は、構造体（即ち、留め具が取着される特定の機体の構造体）内での位置、若しくは、他のこのような情報と考えられる。このデータは、所望の形態でコード化並びに伝達されることができる。一実施形態では、例えば、このデータは、デジタル形式のワードとしてストアされ、適切なクロックレイトでビーコンの強度を変調することにより、シリアルビットストリームとしてビーコン１３２内に伝達される。このような強度の変調は、アッセンブリシステムのエンドエフェクター内に組み込まれたセンサにより読み取られることができる。

図４において、アッセンブリシステムをアライメントする例示的な取り付け用の留め具を使用する方法は、取り付け用の留め具を構造体に装着する（ブロック４１０）ことと、この取り付け用の留め具を動作させるように取り付け用の留め具に指示を送る（ブロック４２０）こととを含んでいる。取り付け用の留め具は、動作されたとき、第１の方向に沿って第１の光ビーコンを発生する。この第１の光ビーコンは、取り付け用の留め具に関する情報を含むことができる。この取り付け用の留め具は、また、前記第１の方向とは反対の第２の方向に沿って第２の光ビーコンを発生することができる。

前記光ビーコンは、アッセンブリシステムで検出される（ブロック４３０）。このアッセンブリシステムは、光ビーコンの方向に基づいて、取り付け用の留め具近くにアライメントされる（ブロック４４０）。例えば、アッセンブリシステムの外側の部分が、第１の光ビーコンの第１の方向に基づいてアライメントされ、また、アッセンブリシステムの内側の部分が、第２の光ビーコンの第２の方向に基づいてアライメントされる。幾つかの実施形態において、アッセンブリシステムの外側の部分をアライメントすることは、第１の光ビーコンに含まれた情報に基づいて、取り付け用の留め具のパーツ数を決定することを含んでいる。

この方法は、取り付け用の留め具を永久的な留め具に取って代えるようにアッセンブリシステムを使用する（ブロック４６０）ことを更に含むことができる。

少なくとも１つの例示的な実施形態が、以上の詳細な説明に示されているが、多くの変形例が存在することは、理解されるべきである。また、例示的な実施形態は、単なる例であり、説明された実施形態の目的、適用範囲、並びに構成を限定するように意図されないことは、理解されるべきである。以上の詳細な説明は、例示的な実施形態を実施するための簡単な指針を当業者に与える。種々の変更が、添付された特許請求の範囲に記載されている範囲並びにこれと法律上同等の範囲から逸脱することなく、部材の機能並びに配置になされ得ることは、理解されるべきである。
また、本発明は以下に記載する態様を含む。
（態様１）
第１の端部と第２の端部とを有する留め具ボディと、
この留め具ボディ内の電源と、
この電源に電気的にカップリングされた、前記留め具ボディ内のコントローラと、
留め具ボディの前記第１の端部に固定され、前記コントローラに通信形式でカップリングされた第１の光源とを具備し、この第１の光源は、動作時に、第１の方向に沿って第１の光ビーコンを発生するように構成され、
前記コントローラは、前記第１の光ビーコンが、取り付け用の留め具に関する情報を含むように前記第１の光源を動作させるように構成されている取り付け用の留め具。
（態様２）
前記留め具ボディの前記第２の端部に固定され、前記コントローラに通信形式でカップリングされた第２の光源を更に具備し、この第２の光源は、動作時に、第２の方向に沿って第２の光ビーコンを発生するように構成されている態様１の取り付け用の留め具。
（態様３）
前記第１の方向と、前記第２の方向とは、実質的に反対方向である態様２の取り付け用の留め具。
（態様４）
前記第１の光ビーコンは、１つ以上のデジタル形式のワードを有するシリアルビットストリームを使用した情報を含んでいる態様１の取り付け用の留め具。
（態様５）
前記第１の光ビーコンは、取り付け用の留め具のパーツＩＤに関する情報を含んでいる態様１の取り付け用の留め具。
（態様６）
前記第１の光源は、発光ダイオードである態様１の取り付け用の留め具。
（態様７）
前記留め具ボディの前記第１の端部若しくは第２の端部は、外面にねじが形成され、対応したナットを受けるように構成されている態様１の取り付け用の留め具。
（態様８）
前記電源は、電池である態様１の取り付け用の留め具。
（態様９）
前記留め具用のボディは、約０．１５ないし０．５０インチ（０．３８１ないし１．２７ｃｍ）の直径を有している態様１の取り付け用の留め具。
（態様１０）
前記コントローラは、外部コマンドに応答して、前記第１の光源を動作させるように構成されている態様１の取り付け用の留め具。
（態様１１）
前記コントローラは、前記外部コマンドをアッセンブリシステムから受け取るように構成されている態様１０の取り付け用の留め具。
（態様１２）
アッセンブリシステムをアライメントする方法であって、
動作時に、取り付け用の留め具に関連した情報を含む第１の光ビーコンを第１の方向に沿って発生するように構成された取り付け用の留め具を構造体に取着することと、
前記第１の光ビーコンをアッセンブリシステムで検出することと、
前記第１の光ビーコンの方向に基づいて、前記取り付け用の留め具近くに前記アッセンブリシステムをアライメントすることとを具備する方法。
（態様１３）
前記アライメントすることの後に、前記アッセンブリシステムを使用して、前記取り付け用の留め具を永久的な留め具に取って代えることを更に含む態様１２の方法。
（態様１４）
前記取り付け用の留め具は、更に、前記第１の方向とは反対の第２の方向に沿って第２の光ビーコンを発生するように構成され、また、前記アライメントすることは、前記第１の光ビーコンの前記第１の方向に基づいて、前記アッセンブリシステムの外側部分をアライメントすることと、前記第２の光ビーコンの前記第２の方向に基づいて、前記アッセンブリシステムの内側部分をアライメントすることとを更に含む態様１２の方法。
（態様１５）
前記取り付け用の留め具に指示を送ることと、
前記指示に応答して前記取り付け用の留め具を動作させることとを更に含む態様１２の方法。
（態様１６）
飛行機を組み立てるための方法であって、
第１の方向に沿った第１の光ビーコンと、第１の方向とは反対の第２の方向に沿った第２の光ビーコンとを動作時に発生するように構成された取り付け用の留め具を、飛行機の機体の構造体に装着することと、
前記第１の光ビーコンをアッセンブリシステムの外側部分で検出することと、
前記第２の光ビーコンを前記アッセンブリシステムの内側部分で検出することと、
前記第１の光ビーコンの前記第１の方向に基づいて、前記取り付け用の留め具近くにアッセンブリシステムの前記外側部分をアライメントすることと、
前記第２の光ビーコンの前記第２の方向に基づいて、前記取り付け用の留め具近くにアッセンブリシステムの前記内側部分をアライメントすることとを具備し、
前記第１の光ビーコンと、前記第２の光ビーコンとは、前記取り付け用の留め具に関する情報を含む方法。
（態様１７）
前記アライメントすることの後に、アセンブリシステムの前記外側部分と前記内側部分とを使用して、前記取り付け用の留め具を永久的な留め具に取って代えることを更に具備する態様１６の方法。
（態様１８）
前記取り付け用の留め具に指示を送ることと、
前記指示に応答して前記取り付け用の留め具を動作させることとを更に具備する態様１６の方法。
（態様１９）
前記アッセンブリシステムの前記外側部分をアライメントすることは、４つの自由度を示すエンドエフェクターをアライメントすることを含む態様１６の方法。
（態様２０）
前記アッセンブリシステムの前記外側部分をアライメントすることは、前記第１の光ビーコンに含まれた前記情報に基づいて、前記取り付け用の留め具の品番を決定することを含む態様１６の方法。

種々の実施形態を説明するのに実用的なアッセンブリを部分的に切断した図である。 例示的な一実施形態に従った取り付け用の留め具の概念上の断面図である。 例示的な取り付け用の留め具の概略的なブロック図である。 例示的な取り付け用の留め具を使用する方法の図である。

Claims (7)

1. 第１の端部と第２の端部とを有する留め具ボディと、
   この留め具ボディ内の電源と、
   この電源に電気的にカップリングされた、前記留め具ボディ内のコントローラと、
   留め具ボディの前記第１の端部に固定され、前記コントローラに通信形式でカップリングされた第１の光源とを具備し、この第１の光源は、動作時に、第１の方向に沿って第１の光ビーコンを発生するように構成され、
   前記コントローラは、前記第１の光ビーコンが、取り付け用の留め具に関する情報を含むように前記第１の光源を動作させるように構成されている取り付け用の留め具。
2. 前記留め具ボディの前記第２の端部に固定され、前記コントローラに通信形式でカップリングされた第２の光源を更に具備し、この第２の光源は、動作時に、第２の方向に沿って第２の光ビーコンを発生するように構成されている請求項１の取り付け用の留め具。
3. 前記第１の方向と、前記第２の方向とは、実質的に反対方向である請求項２の取り付け用の留め具。
4. 前記留め具ボディの前記第１の端部若しくは第２の端部は、外面にねじが形成され、対応したナットを受けるように構成されている請求項１の取り付け用の留め具。
5. アッセンブリシステムをアライメントする方法であって、
   動作時に、取り付け用の留め具に関連した情報を含む第１の光ビーコンを第１の方向に沿って発生するように構成された取り付け用の留め具を構造体に取着することと、
   前記第１の光ビーコンをアッセンブリシステムで検出することと、
   前記第１の光ビーコンの方向に基づいて、前記取り付け用の留め具近くに前記アッセンブリシステムをアライメントすることとを具備する方法。
6. 前記取り付け用の留め具は、更に、前記第１の方向とは反対の第２の方向に沿って第２の光ビーコンを発生するように構成され、また、前記アライメントすることは、前記第１の光ビーコンの前記第１の方向に基づいて、前記アッセンブリシステムの外側部分をアライメントすることと、前記第２の光ビーコンの前記第２の方向に基づいて、前記アッセンブリシステムの内側部分をアライメントすることとを更に含む請求項５の方法。
7. 飛行機を組み立てるための方法であって、
   第１の方向に沿った第１の光ビーコンと、第１の方向とは反対の第２の方向に沿った第２の光ビーコンとを動作時に発生するように構成された取り付け用の留め具を、飛行機の機体の構造体に装着することと、
   前記第１の光ビーコンをアッセンブリシステムの外側部分で検出することと、
   前記第２の光ビーコンを前記アッセンブリシステムの内側部分で検出することと、
   前記第１の光ビーコンの前記第１の方向に基づいて、前記取り付け用の留め具近くにアッセンブリシステムの前記外側部分をアライメントすることと、
   前記第２の光ビーコンの前記第２の方向に基づいて、前記取り付け用の留め具近くにアッセンブリシステムの前記内側部分をアライメントすることとを具備し、
   前記第１の光ビーコンと、前記第２の光ビーコンとは、前記取り付け用の留め具に関する情報を含む方法。

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