KR102220833B1 - 실시간 가변 니들 핀 형성을 위한 제어 피드백 루프 - Google Patents

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케이. 랜드퀴스트 로렌
에이. 쿤즈 맥케이
이. 필러스 제임스
비. 캐슬 제임스
제트. 린 존
네르비 세바스찬
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Abstract

최종 금속 구성요소로 금속 공작물의 물리적 특성을 처리 및 변경시키기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 소정의 처리 파라미터가 최종 금속 구성요소룰 달성하기 위해 확립된다. 금속 공작물이 물리적 특성의 변경 동안 지지체 상에 단단하게 위치된다. 충돌이 소정의 처리 파라미터로 충돌을 제어하는 동안 최종 금속 구성요소를 달성하기 위해 여러 번 공작물의 표면에 인가된다. 센서가 충돌 동안 공작물의 현재 존재하는 물리적 상황을 연속적으로 감지하기 위해 제공된다. 소정의 처리 파라미터가 조정된 처리 파라미터로 변경되고 금속 구성요소가 달성될 때까지 공작물의 감지 및 처리로부터 공작물의 현재 존재하는 물리적 상황에 반응하여 충돌이 변경된다.

Description

실시간 가변 니들 핀 형성을 위한 제어 피드백 루프{CONTROL FEEDBACK LOOP FOR REAL-TIME VARIABLE NEEDLE PEEN FORMING}
본 발명은 금속 부품(metal parts)의 물리적 특성을 변경시키기 위한 기계적 시스템의 이용에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 항공기 및 항공우주 산업을 위한 금속 구성요소(metal components)를 만들기 위해 금속 공작물(metal workpieces)을 피닝하는 것(peening)과 같은, 기계적 처리의 방법 및 장치에 관한 것이다.
시트(sheet) 또는 판 금속(plate metal)을 포함하는, 금속 공작물이 쇼크 피닝(shock peening), 초음파 피닝(ultrasonic peening), 및 레이저 피닝(laser peening)과 같은 이전의 시스템을 이용하는 것에 의해 유용한 구성요소로 처리되어지도록 알려져 있다. 이러한 시스템이 아주 잘 작업함에도 불구하고, 때때로 구성요소 부품(component part)의 설계 요구에 부합하는 구성요소 부품을 달성하기 위해 추가 피닝(further peening)에 의한 공작물 또는 부품의 부가적 처리가 요구될 때 문제가 야기된다. 이러한 부가적인 처리는 처리된 구성요소 부품의 생산 비용을 추가한다.
여기서 참조로 통합되는, 확인된 관련된 출원에 있어서, 조정가능 파라미터(adjustable parameters)의 이용이 최종 금속 구성요소로 금속 공작물의 충돌을 제어하기 위해 개시된다. 이러한 제어는 이전의 시스템으로부터 초래되는 것 보다 금속 구성요소의 상당하게 더욱 효율적인 처리를 위해 제공한다.
최종 금속 구성요소로 금속 구성요소를 처리하기 위한 시스템을 제공하기 위한 필요성이 현재 존재하는 바, 여기서 처리가 이전의 시스템을 뛰어 넘어 더욱 효율적으로 만들어지고, 더욱이 최종 금속 구성요소를 달성하기 위해 적은, 만약에 있다면, 부가적인 처리 시간을 포함하는 고도로 효율적인 다중 충돌 시스템을 제공하기 위한 관련된 출원에 개시된 시스템과 조합한다.
더욱이, 통상적이고 전통적인 접근의 한계 및 이점은, 도면을 참조하여 본 출원의 나머지에서 설명되는 바와 같이 본 발명과 이러한 시스템의 비교를 통해, 당업자에게 명백하게 될 것이다.
본 출원은 미국 특허 출원 제14/013,690호 하에서, 동일자, 즉 2013년 9월 19일에 출원된, 발명의 명칭이 "항공우주 응용을 위한 금속 부품에 충돌하기 위한 방법 및 장치(Method and Apparatus for Impacting Metal Parts for Aerospace Applications)"인 미국 특허 출원에 관련된 출원이다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 발명된 것으로, 최종 금속 구성요소로 금속 공작물의 물리적 특성을 처리 및 변경시키기 위한 방법 및 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 하나의 측면에 있어서, 방법이 최종 금속 구성요소로 금속 공작물의 물리적 특성을 처리 및 변경시키기 위해 제공된다. 소정의 처리 파라미터(predetermined processing parameters)가 최종 금속 구성요소를 달성하기 위해 이전의 테스팅을 통해 확립된다. 공작물이 물리적 특성의 변경 동안 단단하게 위치된다. 공작물의 표면이 소정의 처리 파라미터에 의해 충돌을 제어하는 동안 최종 금속 구성요소를 달성하기 위해 구동 부재에 의해 여러 번 충돌된다. 방법은 충돌 동안 공작물의 현재 존재하는 물리적 상황을 감지하는 것을 포함한다. 공작물의 물리적 상황이 변경됨에 따라, 소정의 처리 파라미터가 공작물의 현재 존재하는 물리적 상황을 감지하는 것으로부터 조정된 처리 파라미터로 조정된다. 조정된 처리 파라미터로 충돌을 조정하는 동안 추가 충돌이 공작물의 표면에 인가된다.
본 발명의 다른 측면은 금속 공작물에 대한 윤곽(contour)을 처리 및 형성하기 위한 방법을 포함한다. 소정의 처리 파라미터가 공작물에 대한 윤곽을 달성하기 위해 확립된다. 콘트롤러가 제공되고 소정의 처리 파라미터가 콘트롤러에 설치된다. 엔드 이펙터가 제공되고 구동 부재가 엔드 이펙터 상에 탑재된다. 엔드 이펙터 및 콘트롤러는 서로 통신한다. 공작물이 윤곽을 달성할 때까지 공작물이 처리를 위해 위치된다. 구동 부재가 소정의 처리 파라미터의 제어 하에서 공작물에 대한 윤곽을 달성하기 위해 여러 번 공작물의 표면을 충돌하기 위해 제공된다. 센서는 충돌 동안 공작물의 존재하는 물리적 상황을 모니터한다. 매니풀레이터는 소정의 처리 파라미터의 제어 하에서 소정의 움직임 경로를 통해 엔드 이펙터를 위치 및 이동시키기 위해 콘트롤러와 통신한다. 소정의 처리 파라미터는 센서로부터 수신된 공작물의 존재하는 물리적 상황에 반응하여 조정된 처리 파라미터로 조정된다. 공작물의 추가 충돌이 조정된 처리 파라미터의 제어 하에 있게 된다.
본 발명의 또 다른 측면은 금속 구성요소로 금속 공작물의 물리적 특성을 변경시키기 위한 장치의 공급을 포함한다. 지지체(support)가 처리 동안 공작물을 위치시키기 위해 제공된다. 구동 부재가 공작물의 표면에 다중 충돌(multiple impacts)을 인가한다. 소정의 처리 파라미터를 갖춘 콘트롤러가 금속 공작물의 물리적 특성을 변경시키기 위해 소정의 처리 파라미터의 제어 하에서 공작물의 표면에 대해 다중 충돌을 인가하기 위해 구동 부재에 연결된다. 구동 부재가 공작물에 대해 다중 충돌을 인가하는 동안 센서가 공작물의 존재하는 물리적 상황을 감지하기 위해 제공된다. 금속 구성요소를 달성하기 위한 추가 충돌에 대해 공작물의 존재하는 물리적 상황에 반응하여 조정된 처리 파라미터로 소정의 처리 파라미터를 조정하기 위해 피드백 시스템이 콘트롤러로 공작물의 감지된 물리적 상황을 전송한다.
논의된 특징, 기능, 및 이점은 다양한 실시예에서 독립적으로 달성될 수 있거나 또 다른 실시예에 조합될 수 있고, 그 상세한 내용은 이하의 설명 및 도면을 참조하여 알 수 있다.
도 1은 최종 금속 구성요소로 금속 공작물의 물리적 특성을 처리하기 위한 장치, 방법 및 시스템을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 금속 공작물에 충돌하는 구동 부재(driven member)의 개략적인 간단화된 도면이다.
도 3은 충돌이 구동 부재에 의해 금속 공작물에 인가되는 동안 공작물의 하나의 예가 지지체(support) 상의 클램프(clamps)에 의헤 적소에 고정되는 것을 나타낸 것을 제외하고, 도 2와 유사한 개요도이다.
도 4는 최종 금속 구성요소로 금속 공작물의 물리적 특성을 처리하기 위한 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 항공기 생산 및 서비스 방법의 흐름도이다.
도 6은 항공기의 블록도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 예가 도 5에 도시된 바와 같은 항공기 제조 및 서비스 방법(100) 및 도 6에 도시된 바와 같은 항공기(102)의 상항에서 개시될 수 있다. 생산 개시 이전 동안, 예시적 방법(100)은 항공기(102)의 사양 및 설계(104)와 자재 조달(106)을 포함할 수 있다. 생산 동안, 항공기(102)의 구성요소 및 서브어셈블리 제조(108) 및 시스템 통합(110)이 야기된다. 그 후, 항공기(102)는 서비스 중(114)으로 배치되기 위해 증명 및 전달(112)을 통해 갈 수 있다. 소비자에 의한 서비스 중인 동안, 항공기(102)는 (또한 변경(modification), 재구성(reconfiguration), 개장(refurbishment)을 포함할 수 있는) 정기적인 유지보수 및 서비스(116)를 위해 예정된다.
방법(100)의 프로세스의 각각은 시스템 통합자, 제3 자, 및/또는 오퍼레이터(예컨대, 소비자)에 의해 수행되거나 실행될 수 있다. 본 설명의 목적을 위해, 시스템 통합자는 제한 없이 소정 수의 항공기 제조 및 메이저-시스템 하청업체를 포함할 수 있고; 제3 자는 제한 없이 소정 수의 판매자, 하청업체, 및 공급자를 포함할 수 있고; 오퍼레이터는 항공사, 리스 회사, 군사 업체, 서비스 단체 등을 포함할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 항공기(102)는 내부(interior; 122)와 다수의 시스템(120)을 갖춘 기체(118)를 포함할 수 있다. 상위-레벨 시스템(120)의 예는 추진 시스템(124), 전기 시스템(126), 유압 시스템(128), 및 환경 시스템(130) 중 하나 이상을 포함한다. 소정 수의 다른 시스템이 포함될 수 있다. 항공우주의 예가 도시됨에도 불구하고, 발명의 원리는, 자동차 산업과 같은, 다른 산업에 적용될 수 있다.
여기서 구체화된 장치 및 방법은 생산 및 서비스 방법(100)의 단계 중 소정의 하나 이상 동안 채택될 수 있다. 예컨대, 제조 프로세스에 대응하는 구성요소 또는 서브어셈블리는 항공기(102)가 서비스 중에 있는 동안 생산된 구성요소 또는 서브어셈블리와 유사한 방식으로 제조 및 제작될 수 있다. 또한, 하나 이상의 장치 예, 방법 예, 또는 그 조합이, 예컨대 항공기(102)의 조립을 실질적으로 촉진시키거나 비용을 감소시키는 것에 의해, 생산 단계(108, 110) 동안 이용될 수 있다. 마찬가지로, 하나 이상의 장치 예, 방법 예, 또는 그 조합이 항공기(102)가 서비스 중에 있는 동안, 예컨대 제한 없이 유지보수 및 서비스(116)에 대해 이용될 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 이하 제공되는 본 발명의 설명은 일반적으로 카테고리 108 "(구성요소 및 서브어셈블리 제조(Component and Subass'y Mfg)"에 속하고, 또한 카테고리 118 "기체(Airframe)"에 속한다.
본 발명은 다중 충돌(multiple impacts)에 의해 금속 공작물 또는 부품의 물리적 특성을 변경시키기 위한 장치 및 방법에 관련된다. 공작물은 시트 금속(sheet metal) 또는 판(plate) 또는 압출(extrusion) 또는 어셈블리(assembly)일 수 있고, 0.062 내지 2.00 인치의 두께 범위를 갖을 수 있다. 각 공작물(W)은 길이, 폭 및 두께에서 다른 치수를 갖을 수 있다. 각 공작물(W)은 다중 충돌을 받아들이는 다중 표면을 갖을 수 있다. 금속 그 자체는 알루미늄, 티타늄 또는 금속 합금과 같은 금속일 수 있다. 본질적으로, 금속 또는 금속 합금 공작물은 다양한 기하 도형적 배열 및 구성으로 존재할 수 있다.
위에서 확인된 관련된 함께 계류 중인 특허 출원에 있어서, 여기에 개시된 장치 및 방법은, 공작물(W)의 윤곽을 포함하는, 금속 공작물의 물리적 특성을 변경시키는 것을 포함한다. 여기서 도 2를 참조하면, 간단화된 개요도는 지지체(202) 상에 위치된 공작물(W)을 나타낸다. 지지체(202)가 수평 위치(horizontal position)에 있는 것과 같이 도 2에 도시됨에도 불구하고, 공작물(W)을 위한 지지체(202)는 수직 위치(vertical position)뿐만 아니라 잠재적으로 수직 및 수평 사이의 소정 각도로 탑재될 수 있다.
공작물(W)과 마찬가지로, 지지체(202)는 소정의 설계 치수를 갖고 각 공작물(W)을 수용 및 처리할 수 있다. 몇몇 경우에 있어서, 공작물(W)은 구동 부재(driven member; 204)에 의해 주어진 지지체(202) 상의 그 전체에서 충돌될 수 있다. 다른 경우에 있어서, 긴 공작물(W)이 동일한 공작물의 연속되는 섹션에서 처리될 수 있다. 긴 공작물(W)의 앞 섹션(leading section)은 지지체 상에 고정되는 동안 처리될 수 있다. 앞 섹션은 유사한 치수의 뒷 섹션(trailing sections)이 계단식 방식(stepwise manner)으로 전체 프로세스에서 나중에 충돌하는 동안 앞으로 이동된다.
모든 공작물(W)이 처리됨에 있어서, 각 공작물(W)은 충돌 적용범위 영역(impact coverage area)과 동등한 전체 표면(206)에 걸쳐 구동 부재(204)에 의해 충돌하는 동안 지지된다. 이하 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 구동 부재(204)는 지지체(202) 상에 위치하는 동안 전체 공작물(W) 또는 긴 공작물(W)의 각 섹션의 전체 적용범위 영역을 충돌하기 위해 매니풀레이터(manipulator) 및 엔드 이펙터(end effector)에 의해 제어된다.
구동 부재(204)는, 도 2에 도식적으로 도시된 바와 같이, 공작물(W)의 표면(206)에 다중 충돌을 인가하기 위해 제공된다. 충돌 에너지는 공작물(W)의 표면(206)에 대해 구동 부재(204)를 통해 충격파(shock wave)로서 이동한다. 충격파는 공작물(W) 내의 내부 압축 층(internal compressive layer)으로서 공작물 표면(206)으로부터 전달된다. 압축 층(compressive layer)은, 원하는 윤곽(contour)과 같이, 변경된 물리적 특성을 갖춘 최종 금속 구성요소로 공작물을 변경시키기 위해 작용한다. 구동 부재(204)는 바람직하기는 공작물(W) 보다 더 큰 경도(hardness)를 갖는다.
상기 확인된 관련 출원을 참조하면, (여기에 도시되지 않은) 기계적 장치의 하나의 형태가 공작물(W)이 지지체(202) 상에 위치하는 동안 공작물(W)의 표면(206)에 다중 충돌을 인가하도록 구동 부재를 야기시키기 위해 제공된다. 특히, 장치(관련 출원의 도 1에서의 참조부호 210)가 더욱 상세하게 설명되고 있고 본 발명에서 구동 부재의 충돌을 일으키는데 이용될 수 있는 장치의 하나의 형태이다.
공작물(W)을 위한 지지체(202)의 다중 예가 상기 확인된 관련 출원에서 설명된다. 하나의 이러한 지지체가 도 3에 도시된다. 관련 출원에 개시된 각 예시적 지지체(202)는 처리 동안 공작물(W)을 고정한다. 각 예시적 지지체(202)는 구동 부재(204)가 공작물(W)의 표면(206)에 다중 충돌을 인가하는 동안 공작물(W)의 반대 측 상에서 모루(anvil)로서 작용한다. 더욱이, 개시되어지는, 도 2에 도시되지 않은, 클램프(clamps)는 구동 부재(204)에 의한 충돌 동안 적소에 공작물(W)을 고정하도록 지지체(202)와 협력한다. 각 클램프는 길게되고 구동 부재(204)에 의한 충돌 동안 지지체(202)의 전체 길이에 대해 연장될 수 있다.
도 3을 참조하면, 공작물(W)은 공작물(W)을 위한 지지체(202)인 평판(flat plate; 230) 상에 탑재된다. 구동 부재(204)로부터의 충돌 에너지는 공작물의 표면에 대해 응력파(stress wave)로서 이동한다. 길게 될 수 있는, 클램프(232)는 평판(230)에 대해 공작물(W)을 고정시킴으로써, 충돌 동안 에너지의 손실을 야기시키고 공작물(W)의 바람직하지 않게 상승하는 부분에 대해, 충돌로부터 초래되는, 압축력(compressive forces)을 회피한다. 이러한 공작물의 부분의 상승은 상기 논의된 이전의 금속 처리 시스템에서 야기되었다. 다양한 부가적 지지체 및 클램프가 상기 확인된 관련 출원에서 개시된다. 여기에 개시된 방법 및 장치를 위해 이용될 수 있는 지지체 및 클램프의 형태는 넓은 범위에 걸쳐 변경될 수 있음이 이해되어진다.
소정의 처리 파라미터가 원하는 최종 구성요소로 공작물(W)의 물리적 특성을 변경시키기 위해 제공된다. 공작물(W)의 물리적 특성을 변경시키기 위한 소정의 처리 파라미터(predetermined processing parameters)는 공작물(W) 상에 충돌하기 위한 소정의 에너지 레벨, 공작물(W)에 대한 충돌의 적용 빈도(rate of application), 및 공작물(W) 상에서 충돌하는 적용범위 영역을 포함한다.
본 발명에 있어서, 방법 및 장치가 공작물(W)의 처리 동안 구동 부재(204)의 충돌을 제어하기 위해 소정의 처리 파라미터의 실시간 변경(real time changing)을 위해 제공된다. 센서가 소정의 처리 파라미터의 제어 하에서 충돌하는 동안 공작물의 존재하는 물리적 상황을 모니터링 또는 감지하기 위해 제공된다. 센서가 제공할 수 있는 정보의 하나의 형태는 구동 부재(204)에 의해 충돌되어지는 다음 섹션에서 공작물(W)의 깊이(depth) 또는 두께(thickness)이다. 깊이 정보는 이어 충돌되어지는 공작물(W)의 다음 섹션의 충돌을 제어하는 조정된 처리 파라미터로 소정의 처리 파라미터에서의 실시간 변경을 야기시킨다. 이러한 실시간 변경은 공작물(W)의 부가적 처리의 양을 감소 또는 회피하는 것에 의해 제조 비용을 감소시킨다. 이상적으로, 최종 금속 구성요소로 공작물(W)의 부가적 충돌을 회피하는 것은 매우 바람직하다.
도 1을 참조하면, 흐름도가 도시된다. 구동 부재(204)에 의해 충돌을 인가하기 위한 방법 및 장치가 흐름도를 참조하여 설명된다. 콘트롤러가 매니풀레이터 및 엔드 이펙터를 동작시키기 위해 제공된다. 콘트롤러는 흐름도 박스 210에서 "매니풀레이터 및 엔드 이펙터 콘트롤러(Manipulator & End Effector Controller)"로 명명되어 나타내어진다. 매니풀레이터는 흐름도 박스 212에서 "매니풀레이터(Manipulator)"로 명명되어 나타내어진다. 구동 부재(204)는 공작물(W)에 대해 다중 충돌을 인가하기 위해 엔드 이펙터 상에 탑재된다. 구동 부재(204)는 흐름도 박스 214에서 "엔드 이펙터 피닝 장치/센서/피드백 시스템(End Effector Peening Device/Sensor/Feedback System)"으로 명명되어 용어-피닝 장치(peening device)-의 의미 내에 포함된다. 이러한 하나의 예에 있어서, 센서는 엔드 이펙터 피닝 장치 상에 탑재된다. 그러나, 하나 이상의 센서가 엔드 이펙터 상 이외의 위치에 위치될 수 있거나 부가하여 엔드 이펙터 상 이외에 위치된 센서를 갖추는 것임이 이해되어진다. 센서가 구동 부재에 의해 충돌 영역에 근접하여 탑재되므로 엔드 이펙터 상에 적어도 하나의 센서를 위치시키는 것은 이점이다. 공작물(W)은 흐름도 박스 216에서 "부품(Part)"으로 식별된다. 지지체(202) 상의 공작물(W)의 위치에 대한 제어는 흐름도 박스 218에서 "위치 제어기(Position Control)"로서 식별된다. 흐름도에 개시된 각 동작 부품은 그들의 각각의 각 기능과 함께 간단하게 개시될 것이다.
공작물(W)이 지지체(202) 상에 단단하게 탑재될 때 공작물(W)에 대한 위치 정보는 매니풀레이터 및 엔드 이펙터 콘트롤러(박스 210)에 대해 통신된다. 매니풀레이터 및 엔드 이펙터 콘트롤러는 시스템 제어기(System Control)(도 1의 흐름도에는 도시되지 않음)로부터 엔드 이펙터를 위한 경로 정보(path information)를 수신한다. 매니풀레이터 및 엔드 이펙터 콘트롤러는 운행(travel)의 프로그램된 경로(programmed path)를 통해 매니풀레이터 및 엔드 이펙터 피닝 장치를 위한 움직임 제어 시스템(motion control system)을 구동시킨다. 매니풀레이터는 공작물(W)의 표면에 관하여 엔드 이펙터의 현재 위치에서 엔드 이펙터와 통신한다. 매니풀레이터는 소정의 처리 파라미터의 제어 하에 미리 계획된 움직임 경로로 이동하도록 엔드 이펙터를 위치시키고 제어한다. 엔드 이펙터 피닝 장치(박스 214)는 구동 부재(204)가 콘트롤러(박스 210)에 의해 명령되어짐에 따라 공작물(W)에 대해 소정의 처리 파라미터의 제어 하에서 다중 충돌을 인가할 수 있도록 한다. 공작물(W)은 지지체(202) 상의 위치에 고정된다. 위치 제어기(박스 218)는 매니풀레이터 및 엔드 이펙터 콘트롤러에 구동 부재(204) 상의 공작물(W) 위치를 제공한다.
공작물(W) 상에서 동작의 방법의 개시에서, 매니풀레이터 및 엔드 이펙터 콘트롤러에는 원하는 최종 구성요소로 공작물(W)의 물리적 특성을 변경시키기 위한 소정의 처리 파라미터가 제공된다. 공작물(W)의 물리적 특성을 변경시키기 위한 소정의 처리 파라미터는 공작물(W) 상에서 충돌을 위한 에너지 레벨, 공작물(W)에 대한 충돌의 적용 빈도, 및 공작물(W) 상에서 충돌의 적용범위 영역을 포함한다. 충돌의 에너지 레벨은 1-35 Joules의 범위에 있다. 충돌은 구동 부재(204)인, 엔드 이펙터 피닝 장치(박스 214)의 구성요소에 의해 인가된다. 구동 부재(204)에 의한 충돌은 매니풀레이터 및 엔드 이펙터 콘트롤러(박스 210)의 제어 하에 있다. 콘트롤러는 매니풀레이터 및 엔드 이펙터에 대해, 콘트롤러에 설치된, 소정의 처리 파라미터를 통신한다. 엔드 이펙터 및 매니풀레이터의 이동과 구동 부재의 충돌은 소정의 처리 파라미터의 제어 하에 있다.
본 발명에 있어서, 적어도 하나의 센서가 엔드 이펙터 피닝 장치(박스 214) 상에 탑재될 수 있다. 센서는, 공작물(W)의 다가오는 섹션의 깊이 또는 두께와 같은, 공작물(W)에 관한 실시간 정보를 감지한다. 이러한 실시간 정보는 장치(200)에 의해 처리되는 공작물(W)의 품질 제어를 위해 매니풀레이터 및 엔드 이펙터 콘트롤러(박스 210)에 의해 수신된다. 앞에서 설명된 바와 같이, 다른 센서가 이용될 수 있지만 엔드 이펙터 상에 탑재된 센서는 유용하게 이용되는데 요구되지는 않는다.
피드백 시스템(박스 214)이 조정된 처리 파라미터로 소정의 처리 파라미터를 조정하기 위해 센서로부터 실시간 정보를 수신하기 위해 제공된다. 실시간 정보를 수집 및 저장하는 것에 의해, 처리된 공작물(W)의 부가적 충돌을 회피하는 것에 의해 처리의 효율성을 개선하여 최종 금속 구성요소가 품질 제어 기준 및 설계 기준에 부합하기 위해, 소정의 처리 파라미터는 조정된 처리 파라미터로 변경된다. 소정의 처리 파라미터와 마찬가지로, 조정된 처리 파라미터는 공작물(W) 상에서 충돌을 위한 소정의 에너지 레벨, 공작물(W)에 대한 충돌의 적용 빈도, 및 공작물(W) 상에서 충돌의 적용범위 영역을 포함한다. 센서는 공작물(W) 상에서의 실시간 진행(real time progress)을 통신하고 최종 금속 구성요소가 달성될 때까지 공작물(W)의 부가적 처리를 감소시키거나 바람직하게 회피한다. 목표는 하나의 단계로 공작물(W)의 처리를 완료하는 것이거나 진행의 중간(intermediate) 또는 오프-라인 평가(off-line evaluation)에 대한 필요성 없이 공작물의 진행을 연속하는 것이다. 이는 생산 비용을 포함하는 전체 처리 효율성에서의 상당한 개선을 초래한다.
다른 설명으로서, 최종 금속 구성요소로 금속 공작물(W)을 처리하기 위한 방법이 도 4의 흐름도를 참조하여 이루어진다. 공작물에는 적어도 하나의 표면(surface)이 제공되고 최종 금속 구성요소로 공작물의 물리적 특성을 변경시키기 위해 처리된다(250). 콘트롤러가 제공되고, 여기서 최종 금속 구성요소를 달성하기 위해 이용된 소정의 처리 파라미터가 콘트롤러에 설치된다(252). 공작물이 처리를 위해 알맞은 장소에 있게 된다(254). 공작물이 알맞은 장소에 있게 되면, 소정의 처리 파라미터의 제어 하에서 있는, 공작물(W)에 대한 충돌이 최종 구성요소를 달성하기 위해 진행된다(256). 공작물의 존재하는 상황의 전체 표면에 걸친 충돌이 실시간으로 감지된다(258). 소정의 처리 파라미터는 조정된 처리 파라미터로 조정되고, 따라서 충돌은 공작물의 물리적 상황을 감지하는 것에 의해 제공된 공작물의 존재하는 상황에 반응하여 변경된다(260). 충돌은 최종 구성요소가 달성될 때까지 조정된 처리 파라미터의 제어 하에서 공작물에 대해 계속된다(262). 공작물(W)의 연속적인 처리 동안, 따라서 조정된 처리 파라미터는 공작물의 물리적 상황을 감지하는 것에 의해 제공된 공작물의 존재하는 상황에서 추가 변경(further changes)을 기초로 추가 조정될 수 있음이 이해되어진다(260).
조항 1. 금속 공작물의 물리적 특성을 변경시키기 위해 금속 공작물을 처리하기 위한 방법으로, 공작물이 표면을 갖추고, 방법이:
최종 금속 구성요소를 달성하기 위해 소정의 처리 파라미터를 확립하는 단계와;
물리적 특성의 변경 동안 공작물을 위치시키는 단계;
소정의 처리 파라미터로 충돌을 제어하는 동안 공작물의 표면에 충돌을 인가하는 단계;
충돌을 인가하는 단계 동안 공작물의 현재 존재하는 물리적 상황을 감지하는 단계;
공작물의 현재 존재하는 물리적 상황을 감지하는 것으로부터 공작물의 현재 존재하는 물리적 상황에 반응하여 조정된 처리 파라미터로 충돌을 위한 소정의 처리 파라미터를 조정하는 단계; 및
조정된 처리 파라미터로 충돌을 제어하는 동안 공작물의 표면에 추가 충돌을 인가하는 단계;를 갖추어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
조항 2. 조항 1의 방법으로, 추가 충돌을 인가하는 단계가 최종 금속 구성요소가 달성될 때까지 계속되는 것을 특징으로 한다.
조항 3. 조항 1의 방법으로, 공작물의 표면에 추가 충돌을 인가하는 동안 공작물의 현재 존재하는 물리적 상황을 감지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
조항 4. 조항 1의 방법으로, 소정의 처리 파라미터와 조정된 처리 파라미터 양쪽은 공작물 상에서 충돌 적용범위 영역, 충돌의 에너지 레벨, 및 공작물의 적용범위 영역에 대한 충돌의 적용 빈도를 포함하는 것을 특징으로 한다.
조항 5. 조항 1의 방법으로, 구동 부재를 제공하는 단계와, 구동 부재로 충돌을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
조항 6. 조항 5의 방법으로, 엔드 이펙터를 제공하는 단계와 엔드 이펙터 상에 구동 부재를 탑재하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
조항 7. 조항 6의 방법으로, 엔드 이펙터 상에 센서를 탑재하는 단계와 센서로 감지 단계를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
조항 8. 조항 6의 방법으로, 구동 부재로 공작물의 표면 상에 충돌을 인가하기 위해 엔드 이펙터를 제어하기 위한 매니풀레이터를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
조항 9. 조항 8의 방법으로, 움직임 경로를 통해 엔드 이펙터를 위치 및 이동시키기 위해 매니풀레이터와 통신하는 콘트롤러를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
조항 10. 조항 1의 방법으로, 공작물의 물리적 특성이 공작물의 윤곽을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
조항 11. 금속 공작물에 대한 윤곽을 처리 및 형성하기 위한 방법으로, 공작물이 표면을 갖추고, 방법이:
공작물에 대한 윤곽을 달성하기 위해 소정의 처리 파라미터를 확립하는 단계와;
콘트롤러를 제공하는 단계;
콘트롤러에 소정의 처리 파라미터를 설치하는 단계;
공작물이 윤곽을 달성할 때까지 처리를 위해 공작물을 위치시키는 단계;
엔드 이펙터와 엔드 이펙터 상에 탑재된 구동 부재를 제공하는 단계;
소정의 처리 파라미터로 엔드 이펙터에 대해 콘트롤러와 통신하는 단계;
공작물의 윤곽을 달성하기 위해 소정의 처리 파라미터의 제어 하에서 구동 부재로 여러 번 공작물의 표면을 충돌하는 단계;
충돌 동안 공작물의 존재하는 물리적 상황을 모니터링하기 위한 센서를 제공하는 단계;
소정의 처리 파라미터의 제어 하에서 소정의 움직임 경로를 통해 엔드 이펙터 및 구동 부재를 위치 및 이동시키기 위해 콘트롤러와 통신하기 위한 매니풀레이터를 제공하는 단계; 및
공작물에 대한 윤곽을 달성하기 위해 조정된 처리 파라미터로 공작물을 추가 처리하기 위해 센서로부터 수신된 공작물의 존재하는 물리적 상황에 반응하여 조정된 처리 파라미터로 소정의 처리 파라미터를 조정하는 단계;를 갖추어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
조항 12. 조항 11의 방법으로, 소정의 처리 파라미터와 조정된 처리 파라미터 양쪽은 공작물 상에서 충돌의 에너지 레벨, 공작물에 대한 충돌의 적용 빈도, 및 공작물 상에서 충돌의 적용범위 영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.
조항 13. 금속 구성요소에 대해 금속 공작물을 처리하기 위한 장치로서, 공작물이 표면을 갖추고, 장치가:
처리 동안 공작물을 위한 지지체와;
공작물의 표면에 대해 다중 충돌을 인가하기 위한 구동 부재;
금속 공작물의 물리적 특성을 변경시키기 위해 소정의 처리 파라미터의 제어 하에서 공작물의 표면에 대해 다중 충돌을 인가하기 위한 구동 부재에 연결된 소정의 처리 파라미터를 갖춘 콘트롤러;
구동 부재가 공작물에 대해 다중 충돌을 인가하는 동안 공작물의 존재하는 물리적 상황을 연속적으로 감지하기 위한 센서; 및
금속 구성요소를 달성하기 위한 추가 처리를 위해 공작물의 존재하는 물리적 상황에 반응하여 조정된 처리 파라미터로 소정의 처리 파라미터를 조정하기 위해 센서로부터 콘트롤러로 공작물의 존재하는 물리적 상황을 전송하기 위한 피드백 시스템;을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
조항 14. 조항 13의 장치로서, 금속 공작물이 시트 금속이고 금속 구성요소가 항공기에 대해 유용한 구성요소인 것을 특징으로 한다.
조항 15. 조항 13의 장치로서, 금속 공작물이 판 금속이고 금속 구성요소가 항공기에 대해 유용한 구성요소인 것을 특징으로 한다.
조항 16. 조항 13의 장치로서, 소정의 처리 파라미터와 조정된 처리 파라미터 양쪽은 공작물 상에서 충돌 적용범위 영역, 구동 부재의 충돌 에너지 레벨, 및 공작물 상의 적용범위 영역에 대한 충돌의 적용 빈도를 포함하는 것을 특징으로 한다.
조항 17. 조항 13의 장치로서, 엔드 이펙터를 포함하고, 구동 부재가 공작물의 표면에 대해 다중 충돌을 인가하기 위해 엔드 이펙터 상에 탑재되는 것을 특징으로 한다.
조항 18. 조항 17의 장치로서, 구동 부재에 의해 공작물의 표면에 충돌을 인가하기 위해 엔드 이펙터의 이동 및 위치를 제어하기 위한 매니풀레이터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
조항 19. 조항 17의 장치로서, 센서가 엔드 이펙터 상에 탑재되는 것을 특징으로 한다.
본 발명이 소정 예를 참조하여 설명되는 동안, 다양한 변경이 이루어질 수 있고 균등물이 본 발명의 의도 및 범위로부터 벗어나는 것 없이 대체될 수 있음이 당업자에 의해 이해되어질 것이다. 더욱이, 많은 변형이 그 의도로부터 벗어나는 공작물 없이 본 발명의 교시에 대해 특정 상황 또는 재료를 채택하도록 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 개시된 특정 예로 제한되지 않고, 본 발명은 첨부된 청구항의 범위 내에 속하는 모든 예를 포함하게 됨이 의도된다.

Claims (19)

  1. 금속 공작물(W)의 물리적 특성을 변경시키기 위해 금속 공작물(W)을 처리하기 위한 방법으로, 공작물(W)이 표면(206)을 갖추고, 방법이:
    최종 금속 구성요소를 달성하기 위해 소정의 처리 파라미터를 확립하는 단계와;
    물리적 특성의 변경 동안 공작물(W)을 위치시키는 단계;
    소정의 처리 파라미터로 충돌을 제어하는 동안 공작물(W)의 표면(206)에 충돌을 인가하는 단계;
    다음 섹션에서 충돌될 공작물(W)의 깊이 또는 두께를 감지하는 단계를 포함하는, 충돌을 인가하는 단계 동안 공작물(W)의 현재 존재하는 물리적 상황을 감지하는 단계;
    공작물의 현재 존재하는 물리적 상황을 감지하는 단계로부터 공작물(W)의 현재 존재하는 물리적 상황에 반응하여 조정된 처리 파라미터로 충돌을 위한 소정의 처리 파라미터를 조정하는 단계; 및
    조정된 처리 파라미터로 충돌을 제어하는 동안 공작물(W)의 표면(236)에 추가 충돌을 인가하는 단계;를 갖추어 이루어지고,
    소정의 처리 파라미터와 조정된 처리 파라미터 양쪽은 공작물(W) 상에서 충돌 적용범위 영역, 충돌의 에너지 레벨, 및 공작물의 적용범위 영역에 대한 충돌의 적용 빈도를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 공작물의 물리적 특성을 변경시키기 위해 금속 공작물을 처리하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    추가 충돌을 인가하는 단계가 최종 금속 구성요소가 달성될 때까지 계속되는 것을 특징으로 하는 금속 공작물의 물리적 특성을 변경시키기 위해 금속 공작물을 처리하기 위한 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    공작물의 표면에 추가 충돌을 인가하는 단계 동안 공작물의 현재 존재하는 물리적 상황을 감지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 공작물의 물리적 특성을 변경시키기 위해 금속 공작물을 처리하기 위한 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    구동 부재(204)를 제공하는 단계와, 구동 부재(204)로 충돌을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 공작물의 물리적 특성을 변경시키기 위해 금속 공작물을 처리하기 위한 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    엔드 이펙터를 제공하는 단계와 엔드 이펙터 상에 구동 부재(204)를 탑재하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 공작물의 물리적 특성을 변경시키기 위해 금속 공작물을 처리하기 위한 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    엔드 이펙터 상에 센서를 탑재하는 단계와 센서로 감지 단계를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 공작물의 물리적 특성을 변경시키기 위해 금속 공작물을 처리하기 위한 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    구동 부재(204)로 공작물(W)의 표면(206) 상에 충돌을 인가하기 위해 엔드 이펙터를 제어하기 위한 매니풀레이터(212)를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 공작물의 물리적 특성을 변경시키기 위해 금속 공작물을 처리하기 위한 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    움직임 경로를 통해 엔드 이펙터를 위치 및 이동시키기 위해 매니풀레이터(212)와 통신하는 콘트롤러(210)를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 공작물의 물리적 특성을 변경시키기 위해 금속 공작물을 처리하기 위한 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    공작물(W)의 물리적 특성이 공작물의 윤곽을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 금속 공작물의 물리적 특성을 변경시키기 위해 금속 공작물을 처리하기 위한 방법.
  10. 금속 구성요소에 대해 금속 공작물(W)을 처리하기 위한 장치(200)로서, 공작물(W)이 표면(206)을 갖추고, 장치(200)가:
    처리 동안 공작물(W)을 위한 지지체(202)와;
    공작물(W)의 표면(206)에 대해 다중 충돌을 인가하기 위한 구동 부재(204);
    금속 공작물(W)의 물리적 특성을 변경시키기 위해 소정의 처리 파라미터의 제어 하에서 공작물의 표면(206)에 대해 다중 충돌을 인가하기 위한 구동 부재(204)에 연결된 소정의 처리 파라미터를 갖춘 콘트롤러(210);
    다음 섹션에서 충돌될 공작물(W)의 깊이 또는 두께를 감지하는 것을 포함하는, 구동 부재(204)가 공작물(W)에 대해 다중 충돌을 인가하는 동안 공작물의 존재하는 물리적 상황을 연속적으로 감지하기 위한 센서; 및
    금속 구성요소를 달성하기 위한 추가 처리를 위해 공작물(W)의 존재하는 물리적 상황에 반응하여 조정된 처리 파라미터로 소정의 처리 파라미터를 조정하기 위해 센서로부터 콘트롤러(210)로 공작물(W)의 존재하는 물리적 상황을 전송하기 위한 피드백 시스템;을 구비하여 구성되고,
    소정의 처리 파라미터와 조정된 처리 파라미터 양쪽은 공작물(W) 상에서 충돌 적용범위 영역, 구동 부재(204)의 충돌 에너지 레벨, 및 공작물(W)의 적용범위 영역에 대한 충돌의 적용 빈도를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 구성요소에 대해 금속 공작물을 처리하기 위한 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    금속 공작물(W)이 시트 금속이고 금속 구성요소가 항공기(102)에 대해 유용한 구성요소인 것을 특징으로 하는 금속 구성요소에 대해 금속 공작물을 처리하기 위한 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    금속 공작물(W)이 판 금속이고 금속 구성요소가 항공기(102)에 대해 유용한 구성요소인 것을 특징으로 하는 금속 구성요소에 대해 금속 공작물을 처리하기 위한 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    엔드 이펙터를 포함하고, 구동 부재(204)가 공작물(W)의 표면(206)에 대해 다중 충돌을 인가하기 위해 엔드 이펙터 상에 탑재되는 것을 특징으로 하는 금속 구성요소에 대해 금속 공작물을 처리하기 위한 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    구동 부재(204)에 의해 공작물(W)의 표면에 충돌을 인가하기 위해 엔드 이펙터의 이동 및 위치를 제어하기 위한 매니풀레이터(212)를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 구성요소에 대해 금속 공작물을 처리하기 위한 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    센서가 엔드 이펙터 상에 탑재되는 것을 특징으로 하는 금속 구성요소에 대해 금속 공작물을 처리하기 위한 장치.
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