JP5721636B2 - 分解工学を用いた構成部品の合致 - Google Patents

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Description

本開示は、一般に、合致構成部品の製造に関し、特に、ロボット/機械を用いて第1構成部品を分解工学し、次いで、同じロボット/機械を用いて第1構成部品と合致するよう第2構成部品を修正することにより第1構成部品と第2構成部品とを合致させるための方法および装置に関する。
航空機の主要な構造的構成部品の接合、例えば機体に対する翼の接合は、航空機の最終組立てに要する全体時間のかなりの部分を占める。航空機の最終組立ての全体サイクル時間は、例えばこれに限定されないが、3日間であるかもしれず、主要な構造的構成部品の接合に要する時間を短縮することが望ましい。
航空機の主要な構造的構成部品は、通常、構成部品同士を互いに隣接して位置決めし、次いで、多段式穿孔プロセスを用いて構成部品に穿孔することにより接合される。多段式穿孔により、確実に構成部品の孔の品質が高まり、かつ、バリが最小限となる。
多段式穿孔プロセスにおける各穿孔には約15分かかることがあり、航空機の機体に翼を接合するためには何百もの孔を穿孔する必要がある可能性がある。したがって、全体的な航空機組立てプロセスは、進行がかなり遅いことがある。また、多段式穿孔プロセスでは許容誤差から外れた孔が作成される恐れが非常に高く、この結果、さらなる遅延が生じる可能性がある。
航空機構成部品の接合サイクル時間を短縮するために穿孔作業を迅速化する数多くの解決法が提案されてきた。提案されている解決法には、接合すべき2つの構成部品に小さめの孔を穿孔し、次いで、これら構成部品を接合する際に完全な大きさに孔を広げることが含まれる。この解決案により、多段式穿孔プロセスが回避され、組立て時間が短縮されるかもしれない。しかしながら、該解決案では依然として主要な穿孔の手間がかかり、許容誤差から外れた孔の生じる恐れが残る。
提案されている別の解決法では、接合すべき構成部品に公称の寸法、すなわち、分解工学を全く用いずに導いた寸法に穿孔する。ただし、許容誤差要件は、この解決案でははるかに厳しくなる。とりわけ、各構成部品が、他の構成部品の穿孔位置についての更新情報なしに穿孔されるため、各構成部品に対する許容誤差要件が最大限に厳しくなる。構成部品の最終的な合い具合に影響する可能性のある全側面を考慮したとき、許容誤差要件が極端に厳しくなりかねない。
提案されている別の解決法は、第1構成部品を分解工学し、次いで、第1構成部品に合致するよう第2構成部品を機械加工することである。分解工学は、度量衡学を介して行われ、機械加工の不確実性に加えて第2の不確実性の組をもたらすかもしれない。
したがって、構成部品の合致における上記問題を克服する方法および装置を有することが有利であろう。
有利な一実施形態において、構成部品を合致させるための方法は、合致ツールを用いて第1構成部品を測定し、上記測定に基づいて第1構成部品に対する位置データを記録することを含んでもよい。上記位置データを用いて合致ツール用の経路を作成してもよく、かつ、上記作成された経路に基づいて同じ合致ツールを移動させることにより、第2構成部品を修正してもよい。
別の有利な実施形態において、構成部品を合致させるための方法は、合致ツールを用いて第1構成部品の第1の特徴を測定し、上記測定に基づいて第1の特徴に対する位置データを記録することを含んでもよい。上記位置データを用いて合致ツール用の経路を提供してもよく、上記提供された経路に基づいて同じ合致ツールを移動させることにより、第1構成部品上の第1の特徴に合致する第2の特徴を第2構成部品上に形成してもよい。
さらに別の有利な実施形態において、構成部品を合致させるための装置は、第1構成部品を測定するための合致ツールと、上記測定に基づいて第2構成部品を修正するために、合致ツール用の経路を提供するためのコントローラとを含んでもよい。上記装置は、第2構成部品を修正するために、提供された経路に沿って同じ合致ツールを移動させるためのドライバをさらに含んでもよい。
さらに別の有利な実施形態において、コンピュータプログラム製品は、構成部品を合致させるためのコンピュータ使用可能なプログラムコードを記憶するコンピュータ読み取り可能な媒体を含んでもよい。コンピュータプログラム製品はまた、合致ツールを用いて第1構成部品を測定するためのコンピュータ使用可能なプログラムコードと、上記測定に基づいて第1構成部品に対する位置データを記録するためのコンピュータ使用可能なプログラムコードとを含んでもよい。コンピュータプログラム製品はまた、上記測定された位置データを用いて合致ツール用の経路を提供するためのコンピュータ使用可能なプログラムコードと、上記提供された経路に基づいて同じ合致ツールを移動させることにより、第2構成部品を修正するためのコンピュータ使用可能なプログラムコードとを含んでもよい。
さらに別の有利な実施形態において、航空機構成部品の孔を合致させるための方法は、ロボットのアームに取り付けられた測定部材により第1航空機構成部品の第1の孔を測定し、上記測定に基づいて第1の孔に対する位置データを記録することを含んでもよい。上記記録された位置データから第1の孔のマップを提供してもよく、上記マップを用いてCADファイルを修正してもよく、上記CADファイルに基づいてロボットのための数値制御経路を作成してもよく、数値制御経路をロボットにダウンロードしてもよい。ロボットのアームにこれも取り付けられた穿孔機を露出させるようロボットのアームから測定部材を除去してもよく、上記ダウンロードされた数値制御経路に基づいてロボットのアームにこれも取り付けられた穿孔機を移動させることにより、第1航空機構成部品の第1の孔に合致する第2の孔を第2航空機構成部品に穿孔してもよい。
さらに、本願は以下に記載する態様を含む。
(態様1)
構成部品を合致させるための方法であって、
合致ツールのアームに取り付けられた測定部材を用いて第1構成部品を測定し、
前記測定に基づいて第1構成部品に対する位置データを記録し、
前記位置データを用いて合致ツール用の経路を提供し、
同じ合致ツールのアームに取り付けられた修正部材を露出させ、
前記提供された経路に基づいて同じ合致ツールのアームに取り付けられた前記修正部材を移動させることにより、第2構成部品を修正すること
を含む方法。
(態様2)
合致ツールを用いて第1構成部品を測定することが、
合致ツールの力制御された動きを用いて第1構成部品を測定することを含む態様1に記載の方法。
(態様3)
前記位置データを用いて合致ツール用の経路を提供することが、
前記記録された位置データから第1構成部品のマップを提供し、
前記マップを用いてCADファイルを修正し、
前記CADファイルに基づいて合致ツール用の数値制御経路を作成することを含む態様1に記載の方法。
(態様4)
数値制御経路を合致ツールにダウンロードすることをさらに含み、前記提供された経路に基づいて同じ合致ツールを移動させることにより、第2構成部品を修正することが、
前記ダウンロードされた数値制御経路に基づいて同じ合致ツールを移動させることにより、第2構成部品を修正することを含む態様3に記載の方法。
(態様5)
合致ツールが、ロボット、工作機械または並列キネマティック機械(parallel kinematic machine)のうちの1つを含む態様1に記載の方法。
(態様6)
合致ツールを用いて第1構成部品を測定することが、
ロボットのアームに取り付けられた測定部材により第1構成部品の第1の特徴を測定することを含み、第2構成部品を修正することが、ロボットのアームにこれも取り付けられた前記修正部材により第2構成部品の第2の特徴を形成することを含む態様5に記載の方法。
(態様7)
第1の特徴が、第1構成部品の第1の孔を含み、ロボットのアームに取り付けられた測定部材により第1構成部品の第1の特徴を測定することが、第1の孔の側壁表面を測定することを含み、ロボットのアームにこれも取り付けられた修正部材により第2構成部品の第2の特徴を形成することが、第2構成部品の第2の孔を形成することを含む態様6に記載の方法。
(態様8)
前記修正部材が穿孔機を有する、態様7に記載の方法。
(態様9)
前記測定中に前記測定部材が前記穿孔機を取り囲み、
さらに、前記測定のあとに前記測定部材を除去することを含む、態様8に記載の方法。
(態様10)
前記測定部材が前記穿孔機を取り囲むとき、前記測定部材の接触面を前記穿孔機の穿孔軸に対して固定した位置に位置決めすることをさらに含む、態様9に記載の方法。
(態様11)
前記修正部材がミリングビットを含む、態様7に記載の方法。
(態様12)
第1及び第2の構成部品が第1及び第2の航空機部品を有する、態様1に記載の方法。
(態様13)
構成部品を合致させるための方法であって、
測定部材と修正部材とを含む合致ツールを用いて第1構成部品の第1の特徴を測定し、
前記測定に基づいて第1の特徴に対する位置データを記録し、
前記位置データを用いて合致ツール用の経路を提供し、
前記修正部材を露出させ、
前記提供された経路に基づいて同じ合致ツールを移動させることにより、第1構成部品上の第1の特徴に合致する第2構成部品上の第2の特徴を前記修正部材を用いて形成すること
を含む方法。
(態様14)
合致ツールを用いて第1構成部品の第1の特徴を測定することが、
合致ツールの力制御された動きを用いて第1構成部品の第1の特徴を測定することを含む態様13に記載の方法。
(態様15)
前記位置データを用いて合致ツール用の経路を提供することが、
前記記録された位置データから第1の特徴のマップを提供し、
前記マップを用いてCADファイルを修正し、
前記CADファイルに基づいて合致ツール用の数値制御経路を作成し、
数値制御経路を合致ツールにダウンロードすることを含み、前記提供された経路に基づいて同じ合致ツールを移動させることにより、第2構成部品上の第2の特徴を形成することが、前記ダウンロードされた数値制御経路に基づいて同じ合致ツールを移動させることにより、第2構成部品上の第2の特徴を形成することを含む態様13に記載の方法。
(態様16)
第1の特徴が、第1の孔を含み、前記提供された経路に基づいて同じ合致ツールを移動させることにより、第1構成部品上の第1の特徴に合致する第2構成部品上の第2の特徴を形成することが、第2構成部品に第2の孔を形成することを含む態様13に記載の方法。
(態様17)
第2構成部品に第2の孔を形成することが、第2構成部品に第2の孔を穿孔することを含む態様16に記載の方法。
(態様18)
第1構成部品および第2構成部品が、互いに接合される航空機構成部品を含む態様16に記載の方法。
(態様19)
第1の特徴が、表面特徴を含み、前記提供された経路に基づいて同じ合致ツールを移動させることにより、第1構成部品上の第1の特徴に合致する第2構成部品上の第2の特徴を形成することが、第2構成部品に第2の表面特徴を形成することを含む態様13に記載の方法。
(態様20)
構成部品を合致させるための装置であって、
第1構成部品を測定するための合致ツールであって、
測定部材と修正部材とを有し、該測定部材は第1の構成部品の測定中に該修正部材を取り囲むように構成され、該測定部材は該修正部材により第2のク構成部品を修正する間に該修正部材から取り除かれる、合致ツールと、
前記測定に基づいて第2構成部品を修正するために、合致ツール用の経路を提供するためのコントローラと、
第2構成部品を修正するために、提供された経路に沿って同じ合致ツールを移動させるためのドライバと
を含む装置。
(態様21)
前記合致ツールがロボットを含み、前記測定部材および前記修正部材が、ロボットアームに取り付けられている態様20に記載の装置。
(態様22)
前記測定部材が第1の構成部品を測定中に前記修正部材を取り囲むために前記ロボットアームに取り付けられたスリーブを有し、前記測定部材は 第2の構成部品を修正する際に前記修正部材を露出させるために前記ロボットアームから取り除かれる、態様21に記載の装置。
(態様23)
前記測定部材は第1の構成部品中の第1の孔を測定し、前記修正部材は第2の構成部品の中に第2の孔を穿孔するための穿孔機を有し、前記測定部材の接触面が 前記穿孔機の穿孔軸に対して固定した位置に位置決めされる、態様22に記載の装置。
(態様24)
第1及び第2の構成部品が航空機部品を有する態様20に記載の装置。
(態様25)
プロセッサによって実行される、構成部品を合致させるためのコンピュータ使用可能なプログラムコードを記憶する一時的でない(non-transitory)コンピュータ読み取り可能な媒体を含むコンピュータプログラム製品であって、
合致ツールを用いて第1構成部品を測定するためのコンピュータ使用可能なプログラムコードであって、該合致ツールは測定部材と修正部材とを含み、該測定部材は第1の構成部品の測定の際、該修正部材を取り囲むように構成され、該測定部材は、該修正部材によって第2の構成部品を修正する際に該修正部材から取り除かれる、測定部材と修正部材とを含む、プログラムコードと、
前記測定に基づいて第1構成部品に対する位置データを記録するためのコンピュータ使用可能なプログラムコードと、
前記位置データを用いて合致ツール用の経路を提供するためのコンピュータ使用可能なプログラムコードと、
前記提供された経路に基づいて同じ合致ツールを移動させることにより、第2構成部品を修正するためのコンピュータ使用可能なプログラムコードと
を含むコンピュータプログラム製品。
(態様26)
合致ツールを用いて第1構成部品を測定するためのコンピュータ使用可能なプログラムコードが、
合致ツールの力制御された動きを用いて第1構成部品を測定するためのコンピュータ使用可能なプログラムコードを含む態様25に記載のコンピュータプログラム製品。
(態様27)
前記位置データを用いて合致ツール用の経路を提供するためのコンピュータ使用可能なプログラムコードが、
前記記録された位置データから構成部品のマップを提供するためのコンピュータ使用可能なプログラムコードと、
前記マップを用いてCADファイルを修正するためのコンピュータ使用可能なプログラムコードと、
前記CADファイルに基づいて合致ツール用の数値制御経路を作成するためのコンピュータ使用可能なプログラムコードと
を含む態様25に記載のコンピュータプログラム製品。
(態様28)
合致ツールを用いて第1構成部品を測定するためのコンピュータ使用可能なプログラムコードが、
ロボットのアームに取り付けられた前記測定部材により第1構成部品の第1の特徴を測定するためのコンピュータ使用可能なプログラムコードを含み、前記提供された経路に基づいて同じ合致ツールを用いて第2構成部品を修正するためのコンピュータ使用可能なプログラムコードが、ロボットのアームにこれも取り付けられた前記修正部材により第2構成部品の第2の特徴を形成するためのコンピュータ使用可能なプログラムコードを含む態様25に記載のコンピュータプログラム製品。
(態様29)
第1の特徴が、第1構成部品の第1の孔を含み、ロボットのアームにこれも取り付けられた修正部材により第2構成部品の第2の特徴を形成するためのコンピュータ使用可能なプログラムコードが、第2構成部品の第2の孔を穿孔するためのコンピュータ使用可能なプログラムコードを含む態様28に記載のコンピュータプログラム製品。
(態様30)
航空機構成部品の孔を合致させるための方法であって、
ロボットのアームに取り付けられた測定部材により第1航空機構成部品の第1の孔を測定し、
前記測定に基づいて第1の孔に対する位置データを記録し、
前記記録された位置データから第1の孔のマップを提供し、
前記マップを用いてCADファイルを修正し、
前記CADファイルに基づいてロボット用の数値制御経路を作成し、
数値制御経路を前記ロボットにダウンロードし、
ロボットのアームにこれも取り付けられた穿孔機を露出させ
前記ダウンロードされた数値制御経路に基づいてロボットのアームにこれも取り付けられた前記穿孔機を移動させることにより第1航空機構成部品の第1の孔に合致する第2航空機構成部品に第2の孔を穿孔すること
を含む方法。
(態様31)
第1の構成部品を第2の構成部材に合致させるための装置であって
測定部材と修正部材とを有する合致ツールであって、該測定部材は、第1の構成部品を測定するように構成された合致ツールと、
該測定部材による測定に基づいて第1の構成部品の位置データを記録するように構成されたコントローラとを有し、
該測定部材による第1の構成部品の測定中に該測定部材は該修正部材を取り囲み、該修正部材による第2の構成部品を修正する間、該修正部材は露出され、
さらに、該装置は、第1の構成部品に合致するため該修正部材が第2の構成部品を修正するよう、第2の構成部品に対して該修正部材を位置決めし移動するよう構成されたドライバを有する、装置
(態様32)
前記合致ツールがロボットアームを含み、前記測定部材および前記修正部材が、ロボットアームに取り付けられている態様31に記載の装置。
(態様33)
前記ロボットアームが 第1の構成部品に対する位置が固定するように構成された、態様32記載の装置。
(態様34)
前記測定部材が、前記ロボットアームに取り付けられ、第1構成部品の測定中は前記修正部材を取り囲むように構成されたスリーブを有し、該スリーブは第2構成部品の修正中は前記修正部材を露出させるため前記ロボットアームから除去される態様32に記載の装置。
(態様35)
前記測定部材が前記修正部材を取り囲むとき、前記測定部材の接触先端が前記修正部材の接触先端に対して固定された位置に位置する、態様33に記載の装置。
(態様36)
前記測定部材の接触先端が半球形の接触先端を有する、態様35に記載の装置。
(態様37)
前記半球形の接触先端が焦点を有し、前記測定部材の接触先端の焦点が 前記修正部材の接触先端に対して固定した位置に位置する、態様36に記載の装置。
(態様38)
前記修正部材が 第2の構成部品に第2の孔を穿孔する穿孔機を有する、態様31記載の装置。
(態様39)
第1及び第2の構成部品が航空機部品を有する、態様31記載の装置。
(態様40)
第1及び第2の構成部品が複合材料から形成された部品を有する、態様31記載の装置。
(態様41)
第1の構成部品が第1の航空機に第1の孔を有し、前記測定部材が第1の孔を測定し、前記修正部材は穿孔機を有し、さらに第1の航空機部品中の第1の孔に合致させるように前記修正部材は第2の航空機部品に第2の孔を穿孔する、態様31記載の装置。
(態様42)
前記コントローラはさらに、前記記録位置データより、第1の孔のマップを提供し、該マップを使用してCADファイルを修正し、前記CADファイルに基づいて、前記修正部材のための数値制御経路を生成するように構成された、態様31記載の装置。
部品を合致させる方法は、測定動作と修正動作を含んで良い。該方法は、測定部材を含む合致ツールを利用して第1の構成部品を測定することと、該測定に基づいて第1の構成部品のための位置データを記録することを含んで良い。該位置データを使用して該合致ツールのための経路が提供されてもよいし、第2の構成部品は、該提供された経路に基づいて同じ合致ツールを移動することによって修正部材で修正されてもよい。前記測定部材は、測定時に前記修正部材を取り囲み、該修正動作を可能とするように前記修正部材から取り除かれるように構成されたスリーブをふくんでもよい。
特徴、機能および利点は、本開示のさまざまな実施形態において独立して達成可能であり、または、以下の説明および図面を参照してさらなる詳細が理解可能であるさらに他の実施形態において組み合わせてもよい。
有利な実施形態の新規な特徴や特性と信じられているものは、添付の請求項に記載されている。ただし、有利な実施形態および好適な使用形態、使用のさらなる目的および利点は、添付の図面とともに解釈すると、以下に示す本開示の有利な実施形態の詳細な説明を参照することにより、もっともよく理解されるだろう。
図1は、有利な実施形態を実現することができる航空機の製造および保守方法を示した図である。 図2は、有利な実施形態に係る航空機の図である。 図3は、有利な実施形態に係る構成部品合致システムを示したブロック図である。 図4は、有利な実施形態に係る合致ツールを示した図である。 図5Aは、有利な実施形態に係る測定部材を示した図である。 図5Bは、有利な実施形態に係る修正部材を示した図である。 図6は、有利な実施形態に係るコントローラを示した図である。 図7は、有利な実施形態に係る構成部品の合致のためのプロセスのフローチャートである。 図8は、有利な実施形態に係る第1構成部品と第2構成部品との合致のためのプロセスのフローチャートである。
図面をさらに詳細に参照して、図1に示すような航空機の製造および保守方法100ならびに図2に示すような航空機200との関連において、開示の実施形態を説明することができる。本生産の前で、航空機の製造および保守方法100は、航空機200の仕様および設計102ならびに材料調達104を含んでいてもよい。
生産の際は、航空機200の構成部品および部分組立品の製造106ならびにシステム統合108が行われる。その後、航空機200は、認証および納品110を経て、運航112されてもよい。顧客による運航中、航空機200は、(改修、再構成、修繕などをも含むかもしれない)定常的整備および保守114を受けることとなる。
航空機の製造および保守方法100のプロセスの各々は、システムインテグレータ、第三者および/または操作者(例えば、顧客)により行われるかまたは実施されてもよい。本件の説明のため、システムインテグレータは、任意の数の航空機製造者および主要なシステム下請け業者に限定されないがこれらを含んでもよい。第三者は、例えば、任意の数の取り扱い業者、下請け業者および供給業者に限定されないがこれらを含んでもよい。操作者は、航空会社、リース会社、軍隊、保守組織などであってもよい。
図2に示されているように、航空機の製造および保守方法100により製造された航空機200は、複数のシステム204および内装206とともに機体202を含んでいてもよい。システム204の例としては、推進システム208、電気システム210、油圧システム212および環境システム214のうちの1つ以上が挙げられる。この例は、任意の数の他のシステムを含んでもよい。航空宇宙の例が示されているが、本開示の原理は、自動車産業といった他の産業に適用することもできる。
ここで実施されている装置および方法は、航空機の製造および保守方法100のいずれか1つまたはそれ以上の段階中に使用してもよい。例えば限定はされないが、構成部品および部分組立品の製造106に対応する構成部品や部分組立品は、航空機200が運航されている間に製造される構成部品や部分組立品と同様に製作または製造されてもよい。
また、航空機200の組立てを大幅に早めるか、または、航空機200のコストを削減することにより、例えばこれらに限定されないが、構成部品および部分組立品の製造106ならびにシステム統合108中に、一以上の装置の実施形態、方法の実施形態またはこれらの組み合わせを利用してもよい。特定の例として、構成部品および部分組立品の製造106ならびにシステム統合108中に有利な実施形態を実施して、航空機構成部品を接合してもよい。
有利な実施形態は、構成部品、例えば、航空機の組立ての際に接合される航空機構成部品を合致させるための方法および装置を提供する。種々の有利な実施形態では、同じツールを用いて、第1構成部品の測定と第1構成部品に合致させるための第2構成部品の修正との両方を行うことにより、第1構成部品と第2構成部品とを合致させる際、許容誤差から外れる状況をできるだけなくすことができることが分かっている。許容誤差から外れる状況をできるだけなくすことができるのは、第2構成部品の修正中のツール構成が、第1構成部品の測定中のツール構成と同様であるからである。第2構成部品を修正するツールとは異なるツールにより第1構成部品の測定を行う場合、別個のツールは異なる不確実性の特徴を有するので、許容誤差から外れる状況がより多いだろう。第1構成部品の分解工学と第2構成部品の修正との両方に同じ機械を用いることにより、許容誤差から外れる状況が低減され、かつ、第2構成部品への第1構成部品の接合に要する全体時間を短縮できる。
種々の有利な実施形態は、第1構成部品に合致させるための第2構成部品の修正において許容誤差から外れる状況をできるだけなくすことができるように力制御の使用を認識および考慮している。とりわけ、力制御は、第1構成部品の分解工学のために第1構成部品上で合致ツールを移動させながら、合致ツールにより測定されている第1構成部品に対する安定かつ一貫した接触力を達成するのに用いられ、次いで、分解工学は、第1構成部品に第2構成部品を合致させるための測定を行ったのと同じツールにより第2構成部品の修正用の有利な経路を作成するのに用いられる。
ここで図3を参照して、有利な実施形態に係る構成部品合致システムを示したブロック図を描写する。本実施例において、構成部品合致システムは、参照番号300が付され、概して、構成部品304のような第1構成部品を測定し、かつ、構成部品305のような第2構成部品を修正して、第1構成部品304に第2構成部品305を合致させるための合致ツール302と、合致ツール302の動作を制御するためのコントローラ306とを含む。図3に示されている有利な実施形態において、合致ツール302は、ロボット302として実施される。他の有利な実施形態では、合致ツールは、工作機械または並列キネマティック機械(parallel kinematic machine)として実施されてもよい。
ロボット302は、ロボットアーム310を支持しているロボット本体308を含む。ロボットアーム310は、自動化マニピュレータとして機能し、モーションドライバ311を介して複数軸、例えば5軸または6軸に沿った動きが可能であり、その外側端において測定部材312および修正部材314を保持している。
修正部材314は、第2構成部品305に対して所望の修正動作を行うためのあらゆる適切なツールとすることができる。有利な一実施形態において、修正部材314は、第2構成部品305内にまたはこれを貫通して孔322を空けるための穿孔機として実施してもよい。他の有利な実施形態によると、修正部材314は、第2構成部品305に対して他の種類の修正を施して、第1構成部品304に第2構成部品を合致させるためのツールとすることができる。
測定部材312は、力制御を用いて第1構成部品304の特徴の現在位置および/または輪郭を測定してもよい。とりわけ、ロボットアーム310は、第1構成部品304の第1の特徴320に対する測定ツールの位置に関わらず測定中に安定かつ一貫して維持された接触力を伴って、測定されている第1構成部品304の第1の特徴320の上方で測定部材312を移動させるようロボットドライバ311を介して制御されている。本開示の有利な実施形態によると、第1の特徴320は、孔320を含み、かつ、測定部材312は、修正部材314を取り囲む着脱可能に取り付けられたスリーブ330を含む。スリーブ330は、スリーブ330の接触面323が孔320の側壁面324と接触している状態を維持するように孔320内へ延在し、かつ、ぴったりと嵌る大きさとすることにより、矢印334により大まかに示されている力の方向における孔の位置および向きを示す力制御を介して側壁面324の表面外形を測定してもよい。別の有利な実施形態において、測定部材は、上記測定部材を置き換える固体片であってもよい。
ロボットアーム310をロボットドライバ311により移動させて、スリーブ330の接触面323が力制御334を介して側壁面324に力接触している状態で、第1構成部品304の側壁面324の表面輪郭をスリーブ330に追跡させる際、スリーブが追跡する経路を、測定部材312により検出することができる。とりわけ、スリーブ330が第1構成部品304の孔320内を移動している際に、スリーブ330の位置を表す位置データ338が測定されてもよく、位置データ338は、コントローラ306内に記録されて、位置データ記録340を形成する。次いで、孔320の側壁面324のマップ342は、位置データから作成してもよく、かつ、該マップを用いて、第1構成部品304と合致するよう第2構成部品305を修正する修正部材を動作させるために、所望の数値制御(NC)経路346を作成できるようCADファイル344を修正する。NC経路は、348に示されているように機械言語に翻訳されてもよい。次いで、翻訳されたNC経路は、350に示されているようにロボットアームへダウンロードされて、ロボットアーム310の移動を制御する、ゆえに、ロボットドライバ311を介して修正部材314の移動を制御することができる。
スリーブ330の接触面323は、修正部材314の中心線(軸)335に対して固定位置にある。したがって、測定部材上の接触面323は常に、第2構成部材305を修正するよう適合された修正部材に関連付けることができる。修正部材が穿孔機を含む有利な実施形態において、測定部材312上の接触面323は常に、穿孔機の穿孔機先端336および中心線(軸)335に関連付けることができる。
測定動作中、スリーブ330は、第1構成部品304の孔320内へ完全に延在していてもよい。スリーブ330は、孔320の予測される内側形状と一致する形状を有していてもよい。これに関して、孔320が皿穴を有するよう形成されている場合、スリーブ330は、同じ皿穴外形を有していてもよい。
スリーブ330は、力制御を用いてすべりばめを正確に行うことができるように、すべりばめにより孔320内に嵌る大きさとなっている。この結果、第1構成部品304における孔320の向きおよび位置を正しく測定することができる。
測定動作に続いて、第2構成部品305に対してロボットアーム310を位置決めし、かつ、スリーブ330を除去して修正部材314を露出させるか、あるいは、測定部材を除去して修正部材と置き換えてもよい。有利な実施形態によると、第2構成部品に対するロボットアームの位置決めは、第1構成部品を第2構成部品と置き換えること、または、ロボット302を第2構成部品305に隣接するか、第2構成部品305上にくるよう移動させることにより達成してもよい。第2構成部品に対するロボットの位置決めに続いて、修正部材314を動作させて、例えばこれに限定されないが、第2構成部品305に孔322を穿孔することにより、第2構成部品305に孔322を形成する。上に示した通り、350に示したようにロボットアーム310へダウンロードされた翻訳されたNC経路を用いて、孔を形成するためにロボットドライバ311を介してロボットアーム310の移動を制御する、ゆえに、修正部材314の移動を制御してもよい。
ここで図4を参照して、有利な実施形態に係る合致ツールを示した図を描写する。本実施例において、合致ツール400はロボット400として実施されており、図3におけるロボット302の一実施構成の例である。本実施例において、ロボット400は、ロボット本体402とロボットアーム404とを含む。ロボット400は、測定される第1構成部品406に隣接し、かつ、修正される第2構成部品408に隣接して位置決めされていてもよい独立の構造物であってもよく、または、ロボット本体402は、吸着カップ、帯状片または別の装着機構を介して構成部品に直接装着されていてもよい。第1構成部品406は、図3における第1構成部品304の一実施構成の例であり、第2構成部品408は、図3における第2構成部品305の一実施構成の例である。
図4は、ロボットアーム404の端部407に装着されている測定部材410と修正部材412とを示している。測定部材410は、図3における測定部材312の一実施構成の例であり、修正部材412は、図3における修正部材314の一実施構成の例である。図4に示されている有利な実施形態によると、測定部材410は、第1構成部品406に対する測定プロセス中は、例えば、測定部材の側面を締め付けるグラブねじ418により、または、別の取り付け機構によりロボットアーム404の端部407に着脱可能に取り付けられるよう適合されており、次いで、第2構成部品408に対する修正プロセスのために修正部材412を露出させるよう除去される。別の有利な実施形態によると、測定部材を除去して、修正部材と置き換えてもよい。図4は、測定プロセス中に測定部材410を第1構成部品406の孔420内へ延在させるよう位置決めされたロボットアーム404を示している。
有利な実施形態において、第1構成部品406および第2構成部品408は、互いに合致させられる第1および第2構成部品からなり、測定部材410は、第1構成部品406の孔420の側壁面424を測定するためのスリーブを含み、かつ、修正部材412は、例えばこれに限定されないが、構成部品同士が適正に接合されるように第1構成部品406の孔420に合致する第2構成部品408の孔を穿孔するための穿孔機を含む。他の有利な実施形態では、修正部材412は、第1構成部品上の特徴と合致する第2構成部品上の特徴を形成するためのあらゆる種類のツールとすることができる。
ここで図5Aおよび図5Bに注目すると、図5Aは、有利な実施形態に係る測定部材を示した図であり、図5Bは、有利な実施形態に係る修正部材を示した図である。特に、図5Aは、図4におけるロボットアーム404の端部407の拡大図であり、図5Bは、修正プロセスのために修正部材412を露出させるように測定部材410が除去されている状態のロボットアーム404の端部407の拡大図である。
図5Aに示されているように、測定部材410は、ロボットアームの端部407に取り付けられているときに修正部材412を取り囲むスリーブを含む。スリーブ410は、測定プロセス中に第1構成部品406の側壁面523と力接触するよう適合されている接触面522を有する。
スリーブ410は、測定されている表面を傷つける、かつ/または、こすることがないよう、そして、スリーブ形状を維持するよう選択された金属または別の材料から形成することができる。側壁面523の測定に用いられる力の量は、第1構成部品を傷つける、変形させる、かつ/または、こする力の量より小さいが、測定プロセス中に側壁面523との接触を確実に維持できる、すなわち、力が小さすぎるために表面から跳ね返ったり浮き上がったりしないようにするのに十分でなければならない。有利な実施形態によると、第1構成部品406の側壁面523の測定に用いられる力の量は、行っている力検知の感度および能力により、約5から約20ニュートンとすることができる。
測定プロセスの完了後、測定部材410を除去して、図5Bに示されているように機械加工プロセスのために修正部材412を露出させてもよい。次いで、ロボットアーム404を動作させて、第2構成部品408に対して修正部材412を移動させることにより、第2構成部品408を修正する(すなわち、孔320を形成する)ことができる。修正部材412の中心線(軸)535および軸535上の修正部材の接触先端536は、測定部材410の接触面522と関連付けることができるので、測定部材410により行われる測定を用いて、修正部材412用の経路を設計することにより、第2構成部品408を適正に修正することができる。これに関して、ロボットと構成部品とのいずれかを移動させて、第2構成部品に対してロボットアーム404を位置決めしてもよい。各段階中の各構成部品に対するロボットの位置の正しい割り出し(indexing)を維持して、第2構成部品の機械加工された特徴が、第1構成部品の特徴と確実に合致するようにせねばならない。これに関して、ロボットに対して第1および第2構成部品を同様に位置決めすることが望ましいこともある。
ここで図6に注目して、有利な実施形態に係るコントローラの図を描写する。本実施例において、コントローラ600は、図3におけるコントローラ308の一実施構成の例である。この例示では、コントローラ600は、通信機構602を含み、該通信機構602は、プロセッサユニット604、メモリ606、固定記憶域608、通信ユニット610、入出力(I/O)ユニット612および表示部614の間の通信を提供する。
プロセッサユニット604は、メモリ606へロードすることができるソフトウェアに対する命令を実行するよう機能する。プロセッサユニット604は、特定の実施構成により、1つ以上のプロセッサの組であっても、マルチプロセッサコアであってもよい。
メモリ606および固定記憶域608は、記憶装置の例である。記憶装置は、一時的および/または永久的に情報を記憶することができる任意のハードウェアである。これらの実施例において、メモリ606は、例えば、ランダムアクセスメモリまたはその他の適切な揮発性または不揮発性記憶装置とすることができる。固定記憶域608は、特定の実施構成によりさまざまな形態を取ることができる。
例えば、固定記憶域608は、1つ以上の構成部品または装置を含んでいてもよい。例えば、固定記憶域608は、ハードドライブ、フラッシュメモリ、書き換え可能な光ディスク、書き換え可能な磁気テープまたは上記のいくつかの組み合わせであってもよい。固定記憶域608により用いられる媒体はまた、取り外し可能であってもよい。例えば、取り外し可能ハードドライブは、固定記憶域608のために用いてもよい。
これらの実施例において、通信ユニット610は、他のデータ処理システムまたは装置との通信を提供する。これらの実施例において、通信ユニット610は、ネットワークインタフェースカードである。通信ユニット610は、物理的通信回線と無線通信回線とのいずれかまたは両方を用いて通信を提供してもよい。
入出力ユニット612は、コントローラ600に接続されていてもよい他の装置に対してデータの入出力を許可する。例えば、入出力ユニット612は、キーボードおよびマウスによりユーザ入力に対する接続を提供していてもよい。さらに、入出力ユニット612は、プリンタへ出力を送信してもよい。表示部614は、ユーザに情報を表示する機構を提供する。
オペレーティングシステムおよびアプリケーションまたはプログラムに対する命令は、固定記憶域608上にある。これらの命令は、プロセッサユニット604による実行のためにメモリ606にロードされてもよい。種々の実施形態のプロセスは、コンピュータに実装された命令を用いてプロセッサユニット604により行われてもよく、上記命令は、メモリ606のようなメモリに位置していてもよい。これらの命令は、プロセッサユニット604内のプロセッサにより読み取りおよび実行されることができるプログラムコード、コンピュータ使用可能なプログラムコードまたはコンピュータ読み取り可能なプログラムコードと呼ばれる。種々の実施形態におけるプログラムコードは、メモリ606や固定記憶域608といった種々の物理的または有形のコンピュータ読み取り可能な媒体上で実現されてもよい。
プログラムコード616は、選択的に取り外し可能であり、かつ、プロセッサユニット604による実行のためにコントローラ600上にロードされるか、または、これに転送されることのできるコンピュータ読み取り可能な媒体618上に機能的な形態で位置している。これらの実施例において、プログラムコード616は、図3における表面積マップ342、CADファイル344、NC経路346および翻訳されたNC経路348の作成に用いることができるソフトウェアの一例である。
プログラムコード616およびコンピュータ読み取り可能な媒体618は、これらの実施例においてコンピュータプログラム製品620を形成する。一実施例において、コンピュータ読み取り可能な媒体618は、記憶装置上への転送のために固定記憶域608の一部を成すドライブ、または、固定記憶域608の一部を成すハードドライブなどのその他の装置内に挿入または配置される、例えば、光ディスクまたは磁気ディスクのような有形の形態であってもよい。
有形の形態において、コンピュータ読み取り可能な媒体618はまた、コントローラ600に接続されているハードドライブ、サムドライブまたはフラッシュメモリといった固定記憶域の形態を取っていてもよい。コンピュータ読み取り可能な媒体618の有形の形態はまた、コンピュータ記録可能な記憶媒体とも呼ばれる。場合によっては、コンピュータ読み取り可能な媒体618は、取り外し可能でないこともある。
あるいは、プログラムコード616は、通信ユニット610への通信回線を介して、および/または、入出力ユニット612への接続を介して、コンピュータ読み取り可能な媒体618からコントローラ600へ転送されてもよい。通信回線および/または接続は、例示において物理的であっても無線であってもよい。コンピュータ読み取り可能な媒体はまた、プログラムコードを含んだ通信回線または無線伝送といった無形媒体の形態をとっていてもよい。
ここで図7を参照して、有利な実施形態に係る構成部品の合致のためのプロセスのフローチャートを描写する。該プロセスは、全体として参照番号700が付され、合致ツールを用いて第1構成部品を測定することにより開始できる(動作702)。該測定に基づいて第1構成部品に対する位置データを記録してもよく(動作704)、例えばこれに限定されないが、ツール用の数値制御経路を作成することにより、位置データを用いてツール用の経路を提供してもよい(動作706)。提供された経路に基づいて同じツールを移動させることにより、第2構成部品を修正することができる(動作708)。
ここで図8を参照して、有利な実施形態に係る第1構成部品と第2構成部品との合致のためのプロセスのフローチャートを描写する。該プロセスは、全体として参照番号800が付され、図8に示されている有利な実施形態において、第1構成部品、例えばこれに限定されないが、第1航空機構成部品の第1の孔と合致するように第2構成部品、例えばこれに限定されないが、第2航空機構成部品の第2の孔を穿孔するためのプロセスであってもよい。プロセス800は、測定する第1構成部品、例えばこれに限定されないが、図3における第1構成部品304または図4および図5Aにおける第1構成部品406を安定化することにより開始できる(動作802)。安定化は、例えば、第1構成部品のたわみ移動および振動を最小化するよう第1構成部品を装着することにより達成してもよい。
次いで、合致ツールを位置決めして、第1構成部品を測定してもよい(動作804)。有利な一実施形態において、合致ツールは、ロボット、例えばこれに限定されないが、図3におけるロボット302または図4におけるロボット400であってもよく、位置決めにより、測定される第1構成部品の特徴、例えばこれに限定されないが、図3における孔320または図4および図5Aにおける孔420に対するロボットの完全なアクセスを確保するために、測定される第1構成部品に隣接するように、または、この上にロボットを位置決めしてもよい。次いで、ロボット302または400は、測定される第1構成部品304または406に対する位置を固定して、ロボット302または400と第1構成部品304または406との間の相対移動を防いでもよい(動作806)。例えば、ロボットは、第1構成部品に隣接した自立した位置に固定されても、吸着カップまたはその他の装着機構により第1構成部品に直接装着されてもよい。
次いで、ロボットのアーム、例えばこれに限定されないが、図3におけるロボットアーム310または図4、図5Aおよび図5Bにおけるロボットアーム404に、修正部材、例えばこれに限定されないが、図3における修正部材314または図4、図5Aおよび図5Bにおける修正部材412を取り付けてもよく(動作808)、また、ロボットアーム310またはロボットアーム404に、測定部材、例えばこれに限定されないが、図3における測定部材312または図4および図5Aにおける測定部材410を装着してもよい(動作810)。有利な一実施形態において、測定部材は、測定プロセス中に修正部材を取り囲むよう装着されており、次いで、除去されて修正プロセスのために修正部材を露出させる測定スリーブ、例えばこれに限定されないが、図3におけるスリーブ330を含んでいてもよい。有利な実施形態において、スリーブは、接触面、例えばこれに限定されないが、図3における接触面323および図5Aにおける接触面522を有し、スリーブ330の接触面323または522が、TCPといった軸システム、例えばこれに限定されないが、図3における軸335ならびに図4および図5Bにおける軸535と、修正ツールの接触先端、例えばこれに限定されないが、図3における接触先端336および図5Bにおける接触先端536とに関連付けられるように、ロボットアーム404に装着してもよい。
次いで、測定部材の力制御された動きを用いて測定部材により、測定される第1構成部品の特徴を測定してもよい(動作812)。第1構成部品の第1の特徴、例えばこれに限定されないが、図3における孔320ならびに図4および図5Aにおける孔420の上方で測定部材を移動させながら、特徴の位置データ、例えばこれに限定されないが、図3における位置データ338を記録する(動作814)。位置データを用いて、測定されている特徴のマップ、例えばこれに限定されないが、図3におけるマップ342を作成してもよく(動作816)、マップは、該マップに基づいてCADファイル、例えばこれに限定されないが、図3におけるCADファイル344の修正に用いられてもよい(動作818)。次いで、機械加工ツール用の数値制御(NC)経路、例えばこれに限定されないが、図3におけるNC経路346を作成してもよく(動作820)、作成されたNC経路を機械言語、例えばこれに限定されないが、図3における翻訳されたNC経路348に翻訳してもよく(動作822)、翻訳されたNC経路をロボットへダウンロードし、例えばこれに限定されないが、図3におけるダウンロードされたNC経路としてもよい350(動作824)。
次いで、修正される第2構成部品、例えばこれに限定されないが、図3における第2構成部品305または図4および図5Bにおける第2構成部品408に対してロボットを位置決めしてもよい(動作826)。有利な実施形態によると、位置決めは、第1構成部品に隣接した、または、該部品上の位置から第2構成部品に隣接した、または、該部品上の位置へロボットを移動させることにより、または、第1構成部品を第2構成部品と置き換えることにより達成してもよい。いずれにせよ、位置決めは、第2構成部品とロボットとの相対位置が測定動作中の第1構成部品とロボットとの相対位置と同様であるようなものとする。次いで、第2構成部品に対する位置にロボットを固定する(動作828)。
次いで、ロボットアームから測定部材を除去して、機械加工部材を露出させてもよく(動作830)、ダウンロードされたNC経路に基づいて第2構成部品上で修正部材を移動させることにより第2構成部品を修正して、第2構成部品上に第2の特徴を形成してもよい(動作832)。例えばこれに限定されないが、修正部材は、穿孔機であってもよく、修正動作は、第1構成部品の第1の孔に合致するように第2構成部品に第2の孔を穿孔することであってもよい。別の有利な実施形態において、修正部材は、ミリングビットであってもよく、修正動作は、第1構成部品の表面に合致するように第2構成部品の表面を表面機械加工することであってもよい。
第2構成部品の修正に続いて、第2構成部品を洗浄し(動作834)、例えばこれに限定されないが、第1の孔および第2の孔を貫通して締結具を延在させることにより第1構成部品と第2構成部品とを接合するといったその後の動作を合致した構成部品に対して行うことができるよう検査する(動作836)。表面同士もまた合致し、これによりシミングの必要性が低減されるか、または、なくなる。
種々の有利な実施形態の説明は、例示および説明の目的で提示したものであり、かつ、網羅的であったり、開示された形式の実施形態に限定されたりすることは意図していない。多くの変更および変形例が、当業者にとって明らかであろう。さらに、種々の有利な実施形態は、他の有利な実施形態と比較して異なる利点をもたらすかもしれない。選択された一または複数の実施形態は、実施形態の原理、実際の適用をもっともよく説明するため、かつ、考慮された特定の使用に適したものとしてさまざまな変更を有するさまざまな実施形態に対する開示を当該技術分野における通常の技術を有する他者が理解できるようにするために選ばれ、説明されている。

Claims (14)

  1. 第1構成部品の測定と第2構成部品の修正とにより、第1構成部品と第2構成部品を合致させるための方法であって、
    合致ツールのアームに取り付けられた測定部材を用いて第1構成部品を測定し、
    前記測定に基づいて第1構成部品に対する位置データを記録し、
    前記位置データを用いて合致ツール用の経路を提供し、
    同じ合致ツールのアームに取り付けられた修正部材を露出させ、
    前記提供された経路に基づいて同じ合致ツールのアームに取り付けられた前記修正部材を移動させることにより、第2構成部品を修正すること
    を含み、第2構成部品を修正することが特徴を形成することを含む、方法。
  2. 合致ツールを用いて第1構成部品を測定することが、
    合致ツールの力制御された動きを用いて第1構成部品を測定することを含む請求項1に記載の方法。
  3. 前記位置データを用いて合致ツール用の経路を提供することが、
    前記記録された位置データから第1構成部品のマップを提供し、
    前記マップを用いてCADファイルを修正し、
    前記CADファイルに基づいて合致ツール用の数値制御経路を作成することを含む請求項1に記載の方法。
  4. 数値制御経路を合致ツールにダウンロードすることをさらに含み、前記提供された経路に基づいて同じ合致ツールを移動させることにより、第2構成部品を修正することが、
    前記ダウンロードされた数値制御経路に基づいて同じ合致ツールを移動させることにより、第2構成部品を修正することを含む請求項3に記載の方法。
  5. 合致ツールが、ロボット、工作機械または並列キネマティック機械(parallel kinematic machine)のうちの1つを含む請求項1に記載の方法。
  6. 合致ツールを用いて第1構成部品を測定することが、
    ロボットのアームに取り付けられた測定部材により第1構成部品の第1の特徴を測定することを含み、第2構成部品を修正することが、ロボットのアームにこれも取り付けられた前記修正部材により第2構成部品の第2の特徴を形成することを含む請求項5に記載の方法。
  7. 第1の特徴が、第1構成部品の第1の孔を含み、ロボットのアームに取り付けられた測定部材により第1構成部品の第1の特徴を測定することが、第1の孔の側壁表面を測定することを含み、ロボットのアームにこれも取り付けられた修正部材により第2構成部品の第2の特徴を形成することが、第2構成部品の第2の孔を形成することを含む請求項6に記載の方法。
  8. 第1の構成部品の測定と第2の構成部品の修正とにより、第1の構成部品を第2の構成部品に合致させるための装置であって
    測定部材と修正部材とを有する合致ツールであって、該測定部材は、第の構成部品を測定するように構成された合致ツールと、
    該測定部材による測定に基づいて第の構成部品の位置データを記録するように構成されたコントローラとを有し、
    該測定部材による第の構成部品の測定中に該測定部材は該修正部材を取り囲み、該修正部材による第2の構成部品を修正する間、該修正部材は露出され、
    さらに、該装置は、第1の構成部品に合致するため該修正部材が第2の構成部品を修正するよう、第2の構成部品に対して該修正部材を位置決めし移動するよう構成されたドライバを有し、
    第2の構成部品を修正することが特徴を形成することを含む、装置。
  9. 前記合致ツールがロボットアームを含み、前記測定部材および前記修正部材が、ロボットアームに取り付けられている請求項8に記載の装置。
  10. 前記ロボットアームが、第1の構成部品に対する位置を固定するように構成された、請求項9記載の装置。
  11. 前記測定部材が、前記ロボットアームに取り付けられ、第1構成部品の測定中は前記修正部材を取り囲むように構成されたスリーブを有し、該スリーブは第2構成部品の修正中は前記修正部材を露出させるよう前記ロボットアームから除去される請求項に記載の装置。
  12. 前記測定部材が前記修正部材を取り囲むとき、前記測定部材の接触先端が前記修正部材の接触先端に対して固定された位置に位置する、請求項11に記載の装置。
  13. 前記測定部材の接触先端が半球形の接触先端を有する、請求項12に記載の装置。
  14. 前記半球形の接触先端が焦点を有し、前記測定部材の接触先端の焦点が、前記修正部材の接触先端に対して固定した位置に位置する、請求項13に記載の装置。
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