JP6523693B2 - 航空機部品位置決め装置、航空機組立システム及び航空機組立方法 - Google Patents

Description

本発明は、航空機の部品を他の部品に対して設置する際に用いられる航空機部品位置決め装置、航空機組立システム及び航空機組立方法に関するものである。

航空機の胴体や翼などに設けられる構造体は、３次元曲面を有し、かつ、剛性が低い部品を組み合わせることによって、最終的な剛性を確保している。そのため、組み立て時、個々の構造用部品は、位置決め治具を用いて他の部品に対して所定の位置に取り付けられる。位置決め治具は、例えば複数の凹部が形成されており、凹部に構造用部品を載置して、位置決め治具を基準点に基づいて他の部品に近づける。これにより、所定の位置に構造用部品が取り付けられる。

多数の構造用部品を位置決め治具で一度に位置決めしようとすると、構造用部品間の間隔が狭くなり、部品を取り付ける作業者が作業しにくい。そのため、位置決め治具は、作業性を向上させるため、作業者がアクセス可能な狭隘部の無い構成としなければならない。

したがって、一般的には、部品の取り付け工程を複数に分けて、工程ごとに異なる位置決め治具が用いられている。これにより、構造用部品間の間隔を広くすることができる。そして、工程ごとに設置された専用の位置決め治具に対して、ワークが移動していき、全ての工程を経た後、ワークが最終的な構造体として完成する。ワークが複数の治具間を移動することから、ワークには治具の公差が治具の数だけ累積していくため、組立品である構造体の品質は、治具の精度に依存する。

なお、下記の特許文献１では、大型航空機の胴体のような大型製品を精度良く組み立てるための技術が開示されている。

米国特許第６４０８５１７号明細書

組立品である構造体の品質を向上させるためには、精度の高い位置決め治具を用いる必要がある。一方、精度の高い治具は、作製が困難であることから、治具を用いないで、組立品の品質を向上させ、生産性を向上させる別の工法が要求されている。たとえば、取り付ける部品同士を結合するための結合穴を形成する際、部品に対し精度良く穴明けし、結合穴同士を合わせて位置決めする工法がある。しかし、航空機分野では、板金加工された部品が多く、部品自体の加工精度を確保することが困難であるため、結合穴によって精度の良い位置決めをすることは難しい。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、位置決め治具を用いることなく航空機の板状部材に部品を精度良く配置することが可能な航空機部品位置決め装置、航空機組立システム及び航空機組立方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の航空機部品位置決め装置、航空機組立システム及び航空機組立方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る航空機部品位置決め装置は、航空機の板状部材に設置された複数の第１構造用部品の位置を検出する検出部と、制御装置とを備え、前記制御装置は、検出された前記第１構造用部品の前記位置に基づいて、複数の前記第１構造用部品間に仮想位置を作成する仮想位置作成部と、作成された前記仮想位置に基づいて、前記板状部材において複数の前記第１構造用部品間に設置される、前記第１構造用部品と異なる第２構造用部品の設置位置を前記仮想位置上に決定する位置決定部とを備える。

この構成によれば、複数の第１構造用部品が設置されている航空機の板状部材において、複数の第１構造用部品を含む仮想位置上、又は、仮想位置から所定距離離れた位置に、第１構造用部品と異なる第２構造用部品の設置位置が決定される。これにより、位置決め治具を用いることなく、板状部材に第２構造用部品を正確に取り付けることができる。

上記発明において、前記検出部は、前記板状部材に形成された前記第２構造用部品が設置される設置穴を検出し、前記位置決定部は、作成された前記仮想位置と、検出された前記設置穴に基づいて、前記第２構造用部品の設置位置を決定してもよい。

上記発明において、前記仮想位置作成部は、少なくとも３つ以上の前記第１構造用部品に基づいて、２以上の前記仮想位置を作成し、前記位置決定部は、作成された２以上の前記仮想位置に基づいて別に作成された前記仮想位置上に、前記第２構造用部品の設置位置を決定してもよい。

本発明に係る航空機組立システムは、上述の航空機部品位置決め装置と、前記航空機部品位置決め装置によって決定された前記第２構造用部品の設置位置に基づいて、前記板状部材に前記第２構造用部品を設置する航空機部品取付け装置とを備える。

本発明に係る航空機組立方法は、検出部が、航空機の板状部材に設置された複数の第１構造用部品の位置を検出するステップと、制御装置の仮想位置作成部が、検出された前記第１構造用部品の前記位置に基づいて、複数の前記第１構造用部品間に仮想位置を作成するステップと、前記制御装置の位置決定部が、作成された前記仮想位置に基づいて、前記板状部材において複数の前記第１構造用部品間に設置される、前記第１構造用部品と異なる第２構造用部品の設置位置を前記仮想位置上に決定するステップとを含む。

上記発明において、航空機部品取付け装置が、決定された前記第２構造用部品の設置位置に基づいて、前記板状部材に前記第２構造用部品を設置するステップを更に含んでもよい。

本発明によれば、位置決め治具を用いることなく航空機の板状部材に部品を精度良く配置することができる。

本発明の一実施形態に係る航空機組立システムを示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る航空機組立システムの動作を示すフローチャートである。 薄板部材及び薄板部材に載置される構造用部品を示す側面図である。 薄板部材に載置される構造用部品を示す平面図である。 薄板部材に載置される構造用部品及び設置穴を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る航空機組立システムの実施例の動作を示すフローチャートである。 航空機の胴体を構成するスキン及び構造用部材を示す平面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る航空機組立システムについて説明する。
航空機組立システム１は、航空機の胴体や主翼などを組み立てる。胴体や主翼等の構造体は、複数の構造用部品が組み合わされて構成され、胴体や主翼等は、構造体と、薄板部材（スキン）とが結合されて構成される。航空機組立システム１は、薄板部材上に構造用部品の設置位置を決定する位置決め装置２と、薄板部材に構造用部品を取り付ける取付け装置３とを備える。なお、以下では、薄板部材に構造用部品を取り付けるという場合、薄板部材に構造用部品が直接取り付けられる場合と、他の部品を間に挟んで薄板部材に構造用部品が取り付けられる場合の両方を含む。

位置決め装置２は、図１に示すように、センサ部４と、検出部５と、仮想位置作成部６と、位置決定部７などを備える。検出部５と、仮想位置作成部６と、位置決定部７は、プログラムを実行するコンピュータなどの制御装置によって実現される。

取付け装置３は、例えばロボットであり、センサ部８と、検出部９と、把持部１０と、ファスナ接合部１１などを備える。なお、取付け装置３がロボットである場合、位置決め装置２のセンサ部４などは、ロボットに設けられてもよく、取付け装置３のセンサ部８と検出部９は、位置決め装置２のセンサ部４や検出部５と兼用されてもよい。検出部９は、プログラムを実行するコンピュータなどの制御装置によって実現される。

位置決め装置２のセンサ部４は、例えば、レーザ距離センサ、又は、カメラなどの撮像装置である。センサ部４は、対象物、たとえば、図２に示すように、航空機の薄板部材１２に既に設置されている構造用部品１３までの距離を測定する。センサ部４は、測定された結果を検出部５に送る。センサ部４は、薄板部材１２に形成された、新たに設置される構造用部品１４の設置穴１５までの距離を測定してもよい（図２及び図５参照）。なお、薄板部材１２は、板状部材の一例である。

検出部５は、センサ部４で測定された結果である距離情報に基づいて、対象物、たとえば、上述の既設の構造用部品１３の位置を検出する。検出される位置とは、例えば、ある基準点（原点）に対する座標点などの位置情報である。また、一つの既設の構造用部品１３に対して、複数の代表点を抽出して、それぞれの代表点の位置を検出してもよい。なお、センサ部４によって、薄板部材１２に形成された設置穴１５までの距離が測定されたとき、検出部５は、設置穴１５の位置を検出する。

仮想位置作成部６は、複数の対象物、例えば、既設の構造用部品１３間に仮想位置を作成する。仮想位置は、仮想線又は仮想面でもよい。一つの既設の構造用部品１３に対して、一つの代表点の位置を検出する場合、二つの既設の構造用部品１３の位置を結ぶことによって、仮想線が作成される。または、一つの既設の構造用部品１３に対して、二つの代表点の位置を検出する場合、二つの既設の構造用部品１３のそれぞれ二つの位置を結ぶことによって、仮想面が作成される。
仮想位置作成部６は、少なくとも３つ以上の既設の構造用部品１３に基づいて、２以上の仮想位置（仮想線又は仮想面）を作成してもよい。

位置決定部７は、作成された仮想位置に基づいて、薄板部材１２に新たに設置される、構造用部品１４の設置位置を決定する。位置決定部７は、検出された新たに設置される構造用部品１４の設置穴１５の位置も考慮して、新設される構造用部品１４の設置位置を決定してもよい。２以上の仮想位置が作成される場合は、位置決定部７は、２以上の仮想位置に基づいて、例えば、二つの仮想位置を平均して、新設される構造用部品１４の設置位置を決定する。

取付け装置３のセンサ部８は、例えば、レーザ距離センサ、又は、カメラなどの撮像装置である。センサ部８は、対象物までの距離を測定する。センサ部８は、たとえば、新設される構造用部品１４の設置位置までの距離を測定する。

検出部９は、センサ部８で測定された結果である距離情報に基づいて、対象物、たとえば、上述の新設される構造用部品１４の位置を検出する。

把持部１０は、設置する構造用部品１４を把持し、検出部９の結果及び位置決め装置２で決定された仮想位置に基づいて、新たに設置される位置まで構造用部品１４を移動する。把持部１０は、構造用部品１４がファスナによって固定された後、構造用部品１４の把持を解放する。

ファスナ接合部１１は、新たに設置される位置まで移動された構造用部品１４を薄板部材１２に対してファスナによって接合する。ファスナは、ボルト又はリベットなどである。

次に、図２に示すフローチャート及び図３から図５を参照して航空機の部品組立方法について説明する。
まず、位置決め装置２のセンサ部４によって、薄板部材１２に既に設けられている二つの構造用部品１３までの距離がそれぞれ測定される（ステップＳ１）。そして、測定結果は、センサ部４から検出部５に送られる。そして、検出部５によって、既設の構造用部品１３の位置が検出される（ステップＳ２）。このとき、一つの構造用部品１３に対して、一又は複数の代表点Ｐの位置が検出される。

次に、仮想位置作成部６によって、二つの構造用部品１３の代表点Ｐの位置に基づいて、既設の構造用部品１３間に仮想線又は仮想面などの仮想位置が作成される（ステップＳ３）。図３に示す例では、仮想面Ｖが作成される。このとき、三つ以上の構造用部品１３の代表点Ｐの位置に基づいて、２以上の仮想位置を作成し、平均された仮想位置を作成してもよい。たとえば、図３及び図４に示すように、三つの構造用部品１３の代表点Ｐの位置に基づいて、二つの仮想面Ｖ１，Ｖ２を作成し、二つの仮想面Ｖ１，Ｖ２を平均した位置に仮想面Ｖ３を作成する。

他方、新たに設置される構造用部品１４は、取付け装置３の把持部１０によって把持され、設置準備がなされている。そして、仮想位置が作成された後、把持部１０によって、新設される構造用部品１４が、新たに設置される位置として決定された仮想位置まで移動され載置される。図３及び図４に示す例では、新設される構造用部品１４が、仮想面Ｖ１，Ｖ２、又は平均した位置の仮想面Ｖ３上に載置される。その後、設置位置に載置された構造用部品１４は、ファスナ接合部１１によって、ファスナによって接合される（ステップＳ４）。

なお、新たに設置される構造用部品１４の設置位置において、予め設置穴１５が形成されている場合、センサ部４によって設置穴１５までの距離が測定され、検出部５によって設置穴１５の位置が検出されるようにしてもよい。このとき、新設される構造用部品１４の設置位置は、位置決定部７によって、検出された設置穴１５の位置と、作成された仮想位置に基づいて、決定される。たとえば、図５に示すように、二つの構造用部品１３間に新設される構造用部品１４の設置位置１５Ｖは、仮想面Ｖに対して平行な方向（例えば胴体のスキンの円周方向）については、設置穴１５と同じ軸上（機軸方向の軸上）となるように決定され、仮想面Ｖに対して垂直な方向（機軸方向）については、仮想面Ｖ内となるように決定される。

［実施例］
次に、図６及び図７を参照して、航空機の胴体を組み立てる場合の一例について説明する。胴体の完成品は、スキン２１と複数の構造用部品から構成される。以下では、複数の構造用部品は、ストリンガー、クリップ、シェアタイなどである。
図７に示すように、組み立てを開始する際、予めスキン（薄板部材）２１は、治具２０によって、基準位置に固定されている。

まず、スキン２１に対してストリンガーサブ組立体２２を設置する。ストリンガーサブ組立体２２は、ストリンガー２３に対して複数のクリップ２４が、例えば等間隔で設置されたものである。なお、図７では、一部のクリップ２４を省略して示している。ストリンガーサブ組立体２２がスキン２１に設置される前に、クリップ２４はストリンガー２３に設置され、ストリンガーサブ組立体２２は予め組み立てられた状態にある。

ストリンガーサブ組立体２２に設置されたクリップ２４のうち一つのクリップ２４をマスタークリップ２４Ｍとして抽出する。そして、例えばレーザ距離センサなどのセンサ部４（又はセンサ部８）を用いて、マスタークリップ２４Ｍがスキン２１上の取付位置になるように、位置合わせを行い（ステップＳ１１）、取付位置となったときストリンガーサブ組立体２２は、スキン２１に対してファスナによって固定される（ステップＳ１２）。複数のストリンガーサブ組立体２２について、この作業を繰り返すことで、それぞれのマスタークリップ２４Ｍが同一の取付位置に揃った状態で、複数のストリンガーサブ組立体２２がスキン２１に固定される。

次に、位置決め装置２によって、隣り合う二つのストリンガーサブ組立体２２のクリップ２４までの距離を測定し、二つのクリップ２４のそれぞれの位置を検出する（ステップＳ１３）。そして、二つのクリップ２４間に仮想面を作成する（ステップＳ１４）。その後、取付け装置３は、作成された仮想位置まで、新たに設置されるシェアタイ２５を移動して載置する。載置されたシェアタイ２５は、ファスナ接合部１１によって、スキン２１に対して固定される。この作業を複数のクリップ２４間に対して繰り返して仮想面を作成しつつ、それぞれの仮想面にシェアタイ２５を接合していく（ステップＳ１５）。

これにより、新たに設置されるシェアタイ２５は、スキン２１上の取付位置において、クリップ２４とシェアタイ２５が揃った状態で配置される。このとき、従来の位置決め治具を用いることなく、精度良く組み立てていくことができる。

なお、軸方向に別のストリンガーサブ組立体２２Ｂを設置する場合において、別のストリンガーサブ組立体２２Ｂの一つのクリップ２４をサブマスタークリップ２４Ｓとし、一のストリンガーサブ組立体２２Ａのマスタークリップ２４Ｍの位置とサブマスタークリップ２４Ｓの位置によって、軸方向に別のストリンガーサブ組立体２２Ｂを設置してもよい。

なお、上述した実施形態では、新設される構造用部品は、作成された仮想位置と同一の位置に設置される場合について説明したが、本発明はこの例に限定されない。すなわち、新設される構造用部品は、作成された仮想位置から所定距離離れた位置に設置されるようにしてもよい。

１ 航空機組立システム
２ 位置決め装置
３ 取付け装置
４，８ センサ部
５，９ 検出部
６ 仮想位置作成部
７ 位置決定部
１０ 把持部
１１ ファスナ接合部
１２ 薄板部材
１３，１４ 構造用部品
１５ 設置穴

Claims (6)

1. 航空機の板状部材に設置された複数の第１構造用部品の位置を検出する検出部と、
   制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   検出された前記第１構造用部品の前記位置に基づいて、複数の前記第１構造用部品間に仮想位置を作成する仮想位置作成部と、
   作成された前記仮想位置に基づいて、前記板状部材において複数の前記第１構造用部品間に設置される、前記第１構造用部品と異なる第２構造用部品の設置位置を前記仮想位置上に決定する位置決定部と、
   を備える航空機部品位置決め装置。
2. 前記検出部は、前記板状部材に形成された前記第２構造用部品が設置される設置穴を検出し、
   前記位置決定部は、作成された前記仮想位置と、検出された前記設置穴に基づいて、前記第２構造用部品の設置位置を決定する請求項１に記載の航空機部品位置決め装置。
3. 前記仮想位置作成部は、少なくとも３つ以上の前記第１構造用部品に基づいて、２以上の前記仮想位置を作成し、
   前記位置決定部は、作成された２以上の前記仮想位置に基づいて別に作成された前記仮想位置上に、前記第２構造用部品の設置位置を決定する請求項１又は２に記載の航空機部品位置決め装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の航空機部品位置決め装置と、
   前記航空機部品位置決め装置によって決定された前記第２構造用部品の設置位置に基づいて、前記板状部材に前記第２構造用部品を設置する航空機部品取付け装置と、
   を備える航空機組立システム。
5. 検出部が、航空機の板状部材に設置された複数の第１構造用部品の位置を検出するステップと、
   制御装置の仮想位置作成部が、検出された前記第１構造用部品の前記位置に基づいて、複数の前記第１構造用部品間に仮想位置を作成するステップと、
   前記制御装置の位置決定部が、作成された前記仮想位置に基づいて、前記板状部材において複数の前記第１構造用部品間に設置される、前記第１構造用部品と異なる第２構造用部品の設置位置を前記仮想位置上に決定するステップと、
   を含む航空機組立方法。
6. 航空機部品取付け装置が、決定された前記第２構造用部品の設置位置に基づいて、前記板状部材に前記第２構造用部品を設置するステップを更に含む請求項５に記載の航空機組立方法。

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