KR20150032619A - 항공우주 애플리케이션들을 위한 금속 부품들에 임팩트를 가하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

항공우주 애플리케이션들을 위한 금속 부품들에 임팩트를 가하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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엘. 램지 그레고리
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Abstract

추가로 처리되기 전에 프리-로딩될(pre-loaded) 수 있는 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 장치 및 방법이 제공된다. 가공소재는 처리 동안 고정된 위치에서 지지된다. 피구동 부재는 가공소재의 하나의 표면에 복수의 임팩트를 가한다. 피구동 부재는 조정가능한 파라미터들 내에서 작동한다. 조정가능한 파라미터들을 갖는 제어기는 피구동 부재가 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위하여 미리-조정가능한 파라미터들의 제어 하에 있으면서 가공소재의 표면에 대해 복수의 임팩트를 가하는 것을 초래하도록 피구동 부재에 작동가능하게 연결되는다.

Description

항공우주 애플리케이션들을 위한 금속 부품들에 임팩트를 가하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR IMPACTING METAL PARTS FOR AEROSPACE APPLICATIONS}
본 발명은 금속 부품들의 물리적 특성(physical characteristics)을 변화시키기 위한 기계적 시스템들의 이용에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는, 본 발명은 예컨대 금속 가공소재(workpiece)를 항공기 및 항공우주 애플리케이션들을 위한 최종적인 금속 컴포넌트(component)로 피닝(peening)하는 임팩트(impact)에 의해 기계적으로 처리하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
현재, 금속 부품들은 샷 피닝(shot peening), 초음파 피닝(ultrasonic peening), 및 레이저 피닝(laser peening)을 포함하는 시스템들을 이용해서 쉬트(sheet) 및 플레이트(plate) 제품 형태들로부터 동체 스킨(fuselage skin)들, 날개 스킨(wing skin)들, 및 항공기를 위한 구조적인 부분(structural area)들로 제작되지만, 이에 한정되지는 않는다. 샷 피닝은 보다 얇은 재료에서 잘 작동하지만, 부품의 정밀한 처리가 요구되는 때에는 제어가 어렵다. 보다 두거운 재료들에 대해서, 부품을 처리하기 위하여 큰 샷(large shot)이 요구된다. 큰 샷은 표면 마감 요구사항(surface finish requirement)들을 만족시키기 위하여 추가적인 처리 단계들을 필요로 할 수 있는 정도까지 부품의 표면(surface)을 손상시킬 수 있다. 초음파 피닝 및 레이저 피닝은 두꺼운 금속 컴포넌트들 및 얇은 금속 컴포넌트들에 대해서 이용되지만, 이러한 시스템들은 금속 컴포넌트들을 원하는 최종적인 상태로 처리하기 위하여 상당한 양의 시간을 필요로 한다. 레이저 피닝은 초기 자본 및 이후에 반복해서 발생하는 비용들에 대해서 높은 투자 레벨을 필요로 한다. 금속 컴포넌트들의 정밀한 마감이 현재 이용가능한 것보다 더욱 경제적으로 달성될 수 있으며, 얇은 판금(sheet metal)에서부터 일 인치(inch) 두께보다 더 큰 것들까지 다양한 컴포넌트들을 처리하기 위하여 쉽게 조정가능한 기계적 시스템을 제공할 필요성이 존재한다.
게다가, 도면을 참조하여 본 출원의 나머지 부분에서 제시되는 바와 같은 본원발명과 이러한 시스템들과의 비교를 통해서, 종래의 전형적인 어프로치(approach)들의 제한들 및 단점들이 본 기술분야의 통상의 기술자에게 명확하게 될 것이다.
본 출원은 미국 특허출원번호 제14/031,771호인 2013년 9월 19일에 출원된 발명의 명칭이 "Control Feedback Loop for Real-Time Variable Needle Peen Forming"인 미국 특허출원과 관련된 출원이다.
본 발명은 표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 태양에 있어서, 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 장치가 제공된다. 지지체(support)는 처리 동안 가공소재를 제자리에(in position) 고정하기 위해서 제공된다. 피구동 부재(driven member)는 가공소재의 표면에 복수의 임팩트(multiple impacts)를 가한다. 피구동 부재는 조정가능한 파라미터(parameter)들 내에서 작동된다. 조정가능한 파라미터들을 갖는 제어기(controller)는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 조정가능한 파라미터들의 제어 하에 있는 동안 및/또는 범위 내에 있는 동안 피구동 부재가 가공소재의 표면에 대해 복수의 임팩트를 가하는 것을 초래하기 위하여 피구동 부재에 작동가능하게 연결된다(operatively connected).
본 발명의 다른 태양에 있어서, 표면을 갖는 금속 가공소재의 특성을 변화시키기 위한 방법이 제공된다. 가공소재는 처리 동안 제자리에서 지지된다. 가공소재의 표면에 복수의 임팩트가 가해진다. 조정가능한 파라미터들을 갖는 제어기가 제공된다. 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위해 조정가능한 파라미터들의 범위 내에서 임팩트가 가해진다.
본 발명의 또 다른 태양에 있어서, 최종적인 금속 컴포넌트가 달성될 때까지 표면을 갖는 금속 가공소재의 원하는 물리적 특성 또는 효과들을 변화시키기 위한 방법이 제공된다. 방법은 가공소재를 위한 예비 윤곽을 제공하기 위해서 가공소재를 프리-로딩(pre-loading)하는 것을 포함한다. 그 이후에, 복수의 임팩트가 가공소재 W의 표면에 가해지는 동안 가공소재는 단단히 지지된다. 복수의 임팩트를 가하는 것은 조정가능한 파라미터들의 범위 및 제어 내에서 일어난다. 복수의 임팩트를 가하는 것은 최종적인 금속 컴포넌트를 위한 원하는 물리적 특성 또는 효과들이 달성될 때까지 계속된다.
본 명세서에서 설명된 특징들, 기능들, 및 이점들은 다양한 실시예들에서 독립적으로 달성될 수 있거나, 또 다른 예시적인 실시예들에서 조합될 수 있으며, 이들의 추가적인 세부사항들은 이하의 설명 및 도면들을 참조하여 알 수 있다.
도 1은 최종적인 컴포넌트를 달성하기 위하여 피구동 부재를 가지고 가공소재를 처리하기 위해서 이용되는 회전식 임팩트 디바이스(rotary impact device)의 한 타입의 내부의 분해 투시도이고;
도 2는 가공소재에 대해 임팩트를 가하는 피구동 부재의 개략도이고;
도 3은 임팩트 에너지를 가공소재에 전달하는 피구동 부재의 개략도이고;
도 4는 가공소재를 프리-로딩(pre-loading)하기 위한 픽스쳐(fixture)의 한 타입을 도시하는 개략도이고;
도 5는 가공소재를 프리-로딩하기 위한 픽스쳐의 다른 타입을 도시하는 도 4와 유사한 개략도이고;
도 6은 도 4 또는 도 5의 픽스쳐에서 프리-로딩되고 있는 동안 가공소재의 오목한 쪽(concave side)에 가해지고 있는 힘을 도시하는 개략도이고;
도 7은 피구동 부재에 의해서 임팩트들이 가공소재에 가해지고 있는 동안 지지체의 표면 상에서 클램프(clamp)들에 의해서 제자리에 유지되고 있는 가공소재의 하나의 예의 개략도이고;
도 8은 피구동 부재에 의해서 임팩트들이 가공소재에 가해지고 있는 동안 클램프들에 의해서 제자리에 유지되고 있는 가공소재의 다른 예의 도 7과 유사한 도면이고;
도 9는 바이어싱 클램프(biasing clamp)에 의해서 제자리에 유지되고 있는 동안 지지체의 융기된 앤빌 표면(raised anvil surface) 상에 놓여 있는 가공소재의 또 다른 예의 도 7 및 도 8에 유사한 도면이고;
도 10은 움직일 수 있는 앤빌이 가공소재에 임팩트를 가하고 있는 피구동 부재에 대향하고 있으면서, 클램프들에 의해 제자리에 유지되고 있는 가공소재의 도 7-9에 유사한 또 다른 예이고;
도 11은 구동 부재가 가공소재의 상부 표면에 임팩트를 가하고 있는 동안 및 클램프들이 앤빌 상에 제자리에 가공소재를 유지하는 동안 가공소재의 하부 표면을 지지하는 에어 블래더 앤빌(air bladder anvil)을 도시하는 도 7-10에 유사한 추가적인 예이고;
도 12는 클램프들에 의해 제자리에 유지되고 있는 동안 가공소재의 표면에 대해 피구동 부재에 대향하고 가공소재의 하부 표면을 지지하는 에어 블래더 앤빌의 다른 타입을 도시하는 도 7-11에 유사한 도면이고;
도 13은 가공소재에 임팩트를 가하기 위한 장치 및 방법을 나타내는 흐름도이고;
도 14는 항공기 제조 및 서비스 방법의 흐름도이고;
도 15는 항공기의 블록도이다.
도면들을 참조하면, 본 발명의 예들은 도 14에 도시된 바와 같은 항공기 제조 및 서비스 방법(100)과 도 15에 도시된 바와 같은 항공기(102)의 맥락에서 설명될 수 있다. 생산 전(pre-production) 동안, 예시적인 방법(100)은 항공기(102)의 사양 및 설계(specification and design)(104)와 재료 조달(material procurement)(106)을 포함할 수 있다. 생산(production) 동안, 항공기(102)의 컴포넌트 및 서브어셈블리 제조(component and subassembly manufacturing)(108)와 시스템 통합(system integration)(110)이 일어난다. 그 이후에, 항공기(102)는 인증 및 납품(certification and delivery)(112)을 거쳐서 운행 중(in service)(114)에 놓일 수 있다. 고객에 의해 운행 중에 있는 동안, 항공기(102)는 일상적인 유지보수 및 서비스(maintenance and service)(116)에 대한 스케줄이 잡힌다(이것은 또한 변형(modification), 재구성(reconfiguration), 재단장(refurbishment) 등을 포함할 수 있다).
방법(100)의 프로세스들 각각은 시스템 통합자(system integrator), 써드 파티(third party), 및/또는 오퍼레이터(operator)(예컨대, 고객)에 의해서 실시되거나 수행될 수 있다. 이 설명의 목적을 위해서, 시스템 통합자는 제한 없이 임의의 수의 항공기 제조자들 및 메이저-시스템(major-system) 하청업자들을 포함할 수 있고; 써드 파티는 제한 없이 임의의 수의 판매자(vendor)들, 하청업자(subcontractor)들, 및 공급자(supplier)들을 포함할 수 있고; 오퍼레이터는 항공사(airline), 리스회사(leasing company), 군사 단체(military entity), 서비스 기구(service organization) 등일 수 있다.
도 15에서 도시된 바와 같이, 예시적인 방법(100)에 의해서 생산되는 항공기(102)는 복수의 시스템들(120)을 갖는 기체(airframe)(118) 및 내부(interior)(122)를 포함할 수 있다. 하이-레벨(high-level) 시스템들(120)의 예들은 추진 시스템(propulsion system)(124), 전기 시스템(electrical system)(126), 유압 시스템(hydraulic system)(128), 및 환경 시스템(environmental system)(130) 중의 하나 이상을 포함한다. 임의의 수의 다른 시스템들이 포함될 수 있다. 항공우주적인(aerospace) 예가 도시되지만, 본 발명의 원리들은 자동차 산업(automotive industry)과 같이 다른 산업에 적용될 수 있다.
본 명세서에서 구체화된 장치 및 방법들은 제조 및 서비스 방법(100)의 하나 이상의 단계들 동안 채용될 수 있다. 예를 들어, 제조 프로세스(108)에 상응하는 컴포넌트들 또는 서브어셈블리들은 항공기(102)가 운행 중인 동안 생산되는 컴포넌트들 또는 서브어셈블리들과 유사한 방식으로 제조될 수 있다. 또한, 하나 이상의 장치 예, 방법 예, 또는 이들의 조합은 예를 들어 항공기(102)의 조립을 현저하게 가속화시키거나 항공기(102)의 비용을 현저하게 감소시킴으로써 제조 단계들(108 및 110) 동안 이용될 수 있다. 유사하게, 장치 실시예, 방법 실시예, 또는 이들의 조합 중의 하나 이상은 항공기(102)가 운행 중인 동안 예컨대 제한 없이 유지보수 및 서비스(116)에 이용될 수 있다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 이하에서 제공될 본 발명의 설명은 "컴포넌트 및 서브어셈블리 제조"(108) 범주 내에 들어가고, 또한 "기체"(118) 범주 내에 들어간다.
본 발명은 복수의 임팩트에 의해서 금속 가공소재(workpiece)들 또는 부품(part)들의 물리적 특성을 변화시키기 위한 장치 및 방법을 지향한다. 가공소재는 판금(sheet metal) 또는 플레이트(plate) 또는 돌출물(extrusion) 또는 조립체(assembly)일 수 있고, 0.062 내지 2.00 인치 범위의 두께를 가질 수 있다. 각각의 가공소재 W는 길이, 폭, 및 두께에 있어서 상이한 치수를 가질 수 있다. 각각의 가공소재 W는 복수의 임팩트를 수용하는 복수의 표면들을 가질 수 있다. 금속 자체는 알루미늄, 티타늄, 또는 금속 합금들과 같은 임의의 금속일 수 있다. 본질적으로, 금속 또는 금속 합금 가공소재는 다양한 기하구조들 및 구성들로 존재할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 장치(200)는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위해서 제공된다. 가공소재 W는 지지체(202) 상에서 단단히(securely) 배치된다. 지지체(202)는 첨부도면들에서 수평적인 자세(horizontal position)로 있는 것으로 도시되지만, 가공소재 W를 위한 지지체(202)는 실질적으로 수직적인 자세(vertical position)로 있을 수 있고, 사실상 가공소재 W의 수직적인 자세와 수평적인 자세 사이의 임의의 각도로 있을 수 있다고 이해되어야 한다. 피구동 부재(204)는 가공소재 W의 표면(206)에 복수의 임팩트를 가하기 위해 제공된다. 피구동 부재(204)는 바람직하게는 가공소재 W보다 더 큰 경도(hardness)를 가진다. 피구동 부재(204)로부터의 복수의 임팩트는 예컨대 항공기에서 이용하기 위한 최종적인 유용한 컴포넌트가 달성될 때까지 가공소재 W의 물리적 특성 또는 효과(effect)들을 변화시킨다.
상술한 바와 같이, 가공소재 W는 길이를 포함하여 다양한 기하구조들을 가질 수 있다. 각각의 지지체(202)는 특정한 치수를 가지고, 각각의 가공소재 W를 받아들여서 처리할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 경우들에 있어서, 가공소재 W는 주어진 지지체(202) 상에서 피구동 부재(204)에 의해 전체적으로 임팩트가 가해질 수 있다. 다른 경우들에 있어서, 긴(lengthy) 가공소재 W는 동 가공소재의 연속적인 섹션(section)들에서 처리될 수 있다. 이러한 긴 가공소재 W의 선두 섹션(leading section)은 지지체 상에 고정되어 있는 동안 처리될 수 있다. 선두 섹션은 유사한 치수들로 이루어진 인접한 트레일링 섹션(trailing section)들이 스텝와이즈 방식(stepwise manner)으로 임팩트를 받는 동안 앞으로 이동된다.
처리되고 있는 가공소재들 W 모두에 있어서, 각각의 가공소재 W는 임팩트 커버리지 영역(coverage area)에 상당하는(equivalent) 전체 표면(206)에 대해서 피구동 부재(204)에 의해 임팩트를 받는 동안 고정된 위치에서 지지된다. 이하에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 지지체(202) 상에서 제자리에 고정되어 있는 동안 긴 가공소재 W의 각각의 섹션 또는 전체 가공소재 W의 전체 커버리지 영역에 임팩트를 가하기 위한 매니퓰레이터 및 엔드 이펙터에 의해서 피구동 부재(204)가 제어된다.
도 3을 참조하면, 피구동 부재(204)는 가공소재 W의 표면(206)에 복수의 임팩트를 가하고, 피구동 부재(204)로부터 가공소재 W의 표면으로 응력파(stress wave)로서 이동하는 임팩트 에너지를 생성한다. 이후, 응력파는 가공소재 W 내의 내부 압축 레이어(internal compressive layer)로서 표면(206)으로부터 전달된다. 가공소재 W의 인장 레이어(tensile layer)에 대한 압축 레이어의 관계는 가공소재를, 원하는 최종적인 컴포넌트를 위한 원하는 윤곽(contour)과 같이 변화된 물리적 특성 또는 효과들을 갖는 컴포넌트로 변화시키도록 작용한다.
장치(200)의 이하의 설명은 피구동 부재(204)를 구동하기 위한 디바이스(210) 중의 하나의 타입의 세부사항들 및 가공소재 W를 위한 지지체(202)들의 복수의 가능한 타입들의 세부사항들을 제공한다. 이 설명들에는 도 13에 도시된 흐름도를 참조하여 장치(200)의 작동 방법의 설명이 이어질 것이다.
도 1을 참조하면, 피구동 부재(204)에 의해서 가공소재 W에 복수의 임팩트를 가하기 위한 일반적으로 210으로 표시되는 디바이스의 하나의 예가 도시된다. 도시된 예시적인 디바이스(210)는 전기적으로 구동된다. 이러한 디바이스(210)는 또한 유압적으로(hydraulically) 또는 기압적으로(pneumatically) 구동될 수 있다. 다른 디바이스가 임팩트 에너지를 생성해서 피구동 부재(204) 안으로 및 피구동 부재(204)를 통해서 임팩트 에너지를 전할 수 있다면 이러한 다른 타입의 디바이스들이 이용될 수 있다고 이해되어야 한다. 도시된 디바이스(210)는 크랭크 기구(crank mechanism)이고, 하우징(212)을 포함한다. 하우징(212)은 전기 구동 모터(electric drive motor)(도시되지 않음)에 연결된 샤프트(shaft)(도시되지 않음)에 연결되어 있는 회전가능한 크랭크(rotatable crank)(214)를 가진다. 크랭크(214)는 가공소재 W의 표면(206) 상에서 피구동 부재(204)에 의해 분당(per minute) 복수의 비트(beat)들을 제공하고, 초기에는 피스톤(piston)(216)을 위해 구동력(driving force)을 제공한다. 피스톤(216)은 하우징(212) 내에서 왕복운동가능하게(reciprocally) 설치되고, 하우징(212)의 원통형 내부 벽에 대해 지탱하는(bearing) O-링(O-ring)(218)을 가진다.
램(ram)(220)은 피스톤(216)으로부터 이격되게 존재하고, 램(220)은 하우징 내에서 왕복운동가능하게 설치되고, O-링(218)을 가진다. 램(220)은 피스톤(216)과 협조하여 램(220)과 피스톤(216) 사이에서 에어 스프링(air spring)(222)을 형성한다. 에어 스프링(222)은 램(220)을 구동하고 이것은 비트-피이스(beat-piece)(224)를 가속시킨다. 에어 스프링(222)은 앞으로 이동하고 있을 때 비트-피이스(224)에 대해 램(220)을 밀어붙이고, 피스톤(216)이 후퇴할 때 램(220)을 끌어당긴다(retrieve). 비트-피이스(224)는 하우징(212)에 대한 밀폐(sealing)를 위해서 한 쌍의 O-링(218)들을 포함한다. 비트-피이스(224)는 가공소재 W에 대해 복수의 임팩트를 가하는 피구동 부재(204)의 말단(end)에 램(220)의 에너지를 전달한다. 임팩트들은 피구동 부재(204)를 통해서 가공소재 W의 표면(206)으로 응력파를 이동시키기 위한 에너지를 제공한다.
상술한 바와 같이, 디바이스(210)는 피구동 부재(204)에 의하여 복수의 임팩트가 가공소재 W의 표면(206)에 대해서 가해지는 것을 초래하도록 이용된다. 다음은 가공소재 W의 길이에 상관없이 처리되고 있는 각각의 가공소재 W의 표면(206)에 대해서 피구동 부재(204)에 의하여 임팩트가 가해지고 있는 동안의 가공소재 W를 위한 지지체(202)들의 복수의 예들에 대한 설명이다. 모든 경우에 있어서, 피구동 부재(204)는 가공소재 W의 전체 커버리지 영역에 걸쳐서 임팩트를 가하고, 가공소재 W는 임팩트들이 가해지고 있는 전체 시간 동안 지지체(202)에 의해서 제자리에 고정된다.
이하의 설명은 가공소재 W의 표면(206)에 대해 피구동 부재(204)에 의한 임팩트의 맞은편(opposite side)에 위치한 다양한 타입의 앤빌(anvil)들을 공개한다. 설명될 각각의 지지체(202)는 피구동 부재(204)로부터 떨어져 있는 가공소재 W의 임팩트측(impact side)에 힘적으로 대향하는(forcibly oppose) 앤빌로서 기능한다. 가공소재 W가 지지체(202)의 평평한 표면에 놓여(rest) 있고, 평평한 표면에서 처리되고 있을 때, 가공소재 W의 일부분들은 지지체(202)의 평평한 표면으로부터 융기되기 시작하고, 가공소재 W의 평평한 표면과 융기된 부분들 사이에서 갭(gap)이 형성된다. 이것은 자유 공기(free air)에서 진동하는 가공소재 W로 인하여 원하지 않는 에너지의 손실을 초래한다.
본질적으로, 이하의 예들에서 설명될, 가공소재 W를 위한 지지체(202)들은 이러한 에너지 손실을 감소시킨다. 각각의 예시적인 지지체(202)는 처리 동안 가공소재 W를 고정시킨다. 피구동 부재(204)가 가공소재 W의 표면(206)에 복수의 임팩트를 가하는 동안, 각각의 예시적인 지지체(202)는 가공소재 W의 맞은편에서 앤빌로서의 기능을 추가로 제공한다. 게다가, 다양한 타입의 클램프들은 지지체(202)들과 협조하여, 피구동 부재(204)에 의해 임팩트가 가해지는 동안 가공소재 W를 제자리에 고정시킨다. 설명될 클램프들은 연신되고(elongated), 피구동 부재(204)에 의해 임팩트가 가해지는 동안 지지체(202)의 전체 길이에 대해 연장될 수 있다. 클램프들은 선택된 위치에서 각각의 가공소재를 고정하도록 배치된다. 이하의 각각의 예시적인 지지체에서, 피구동 부재(204)는 상술한 디바이스(210)와 같은 디바이스에 의해 구동되고 있다.
도 7을 참조하면, 가공소재 W는 가공소재 W를 위한 지지체(202)인 평평한 플레이트(230) 상에 설치된다. 피구동 부재(204)로부터의 임팩트 에너지는 응력파로서 가공소재의 표면(206)으로 이동한다. 연신된 클램프(232)들은 평평한 플레이트(230)에 대해 가공소재 W를 고정하고, 이로써 가공소재 W의 일부분을 융기시키고 에너지의 손실을 낳는 임팩트로부터의 압축력(compressive force)을 방지한다.
도 8을 참조하면, 지지체(202)는 한 쌍의 대향하는(opposed) 클램프(234)들을 포함하고, 이들은 연신되고, 임팩트가 가해지는 동안 가공소재 W의 융기를 막도록 가공소재 W를 고정한다. 연신된(elongated) 적어도 하나의 중앙 클램프(236)는 가공소재 W의 맞은편에 설치되고, 가공소재 W의 표면(206)에 대해 피구동 부재(204)로부터의 임팩트들에 대향하여(in opposition to) 앤빌로서 기능한다. 응력파는 피구동 부재(204)를 통해서 가공소재 W의 표면(206)으로 이동한다. 이후, 결과적인 에너지는 가공소재 W의 표면의 맞은편 상의 공간으로 전달된다. 한 쌍의 선택적인 클램프(238)들은 클램프(234)에 대한 맞은편 표면(206) 쪽(side)에 배치될 수 있다. 클램프(234)들 및 클램프(236 및 238)들은 피구동 부재(204)에 의해서 가공소재 W에 임팩트가 가해지는 동안 가공소재 W에 의한 에너지 손실을 감소시키면서 가공소재 W를 고정한다.
도 9는 가공소재 W를 지지하는 다른 대안적인 예이고, 가공소재 W의 상부 표면(206)에 임팩트를 가하는 피구동 부재(204)에 대향하게 작용하는 융기된 앤빌 부분(raised anvil portion)(242)이 플레이트(240)에 제공된다. 이 예에서, 연신된 한 쌍의 바이어싱된(biased) 클램프(244)들이 가공소재 W를 고정하기 위해 제공된다. 스프링(246)들은 융기된 앤빌 부분(242)에 대해 가공소재 W를 고정하기 위해 클램프(244)들을 바이어싱한다(bias). 스프링(246)들은 상부 플레이트(250)를 갖는 고정된 포스트(fixed post)(248) 둘레에 배치된다. 스프링(246)들은 플레이트(250)와 클램프(244)들 사이에 설치된다. 가공소재 W가 고정되어 있는 동안, 응력파는 가공소재 W를 통해서 플레이트(240)로 이동한다. 융기된 부분(242)은 가공소재 W의 표면(206) 상에서 피구동 부재(204)에 의해 가해지는 임팩트에 대한 대향 앤빌(opposing anvil)로서 기능한다.
도 10은 가공소재 W를 위한 지지체(202)의 또 다른 예이다. 연신된 클램프(260)들은 가공소재 W의 표면(206)에 대해 설치된다. 가공소재 W의 맞은편에서, 클램프(262)는 가공소재 W의 맞은편 표면에 대해 작용하는 하나의 클램프(260)에 대향하게 제공된다. 또한 연신될 수 있는 선택적인 클램프(264)는 클램프(260)에 대향하게 가공소재 W의 맞은편에 대해 배치된다. 움직일 수 있는 앤빌(movable anvil)(266)은 가공소재 W의 맞은편에서 피구동 부재(204)에 대향하게 배치된다. 앤빌(266)은 X, Y, 및 Z 방향으로 움직일 수 있고, 표면(206)에 대해 피구동 부재(204)에 의해서 임팩트가 가해지는 것에 대향하게 작용한다. 가공소재 W는 고정되고, 피구동 부재(204)에 의해 임팩트가 가해지는 동안 가공소재 W의 상부 표면(206)으로 지나가는 응력파의 감소된 에너지 손실이 존재한다.
도 11을 참조하면, 피구동 부재(204)가 가공소재 W의 표면(206)에 임팩트를 가하고 있는 중일 때 처리하는 동안 가공소재 W를 위한 지지체(202)의 추가적인 예가 또한 존재한다. 임팩트가 상부 표면(206)에 가해질 때, 피구동 부재(204)로부터 가공소재 W의 표면(206)의 맞은편에서 에어 블래더 앤빌(268)이 제공된다. 연신될 수 있는 에어 블래더 앤빌(268)은 임팩트가 가해지는 동안 조정가능한 형상을 가진다. 연신된 한 쌍의 클램프(270)들은 가공소재 W의 상부 표면(206)에 대해 지탱한다. 에어 블래더 앤빌(268)이 응력파를 흡수하는 동안 가공소재 W를 잡고 있음(holding)으로써 감소된 에너지 손실이 초래된다.
도 12를 참조하면, 연신된 클램프(274)들이 가공소재 W의 표면(206)에 대해 지탱한다는 점에서 지지체(204)의 구조는 도 11의 것과 유사하다. 이 예의 에어 블래더 앤빌(272)은, 도 11의 에어 블래더 앤빌(268)의 조정가능한 형상과는 반대로, 미리 형성되고(preformed) 형상이 이루어진(shaped) 에어 블래더 앤빌이고, 도 11의 예와 유사한 방식으로 기능한다. 상술한 모든 예들(도 7-11)에 의해서 수행된 에너지 손실을 감소시키기 위해서 클램프(274)들은 가공소재 W의 표면 S에 고정된다. 에너지 손실의 양을 감소시키기 위하여 각각의 지지체(202)에 대해 앤빌들이 제공된다.
앞서 언급한 바와 같이, 도 13을 참조하여 흐름도가 제시되고, 여기서 제어기(280)는 매니퓰레이터 및 엔드 이펙터를 작동시키기 위해서 제공되고, "매니퓰레이터 & 엔드 이펙터 제어기(Manipulator & End Effector Controller)"로서 흐름도 박스 280에서 표시된다. 디바이스(210) 및 피구동 부재(204)는 가공소재 W의 표면(206)에 대해 주어진 주파수에서 복수의 임팩트를 가하기 위하여 엔드 이펙터(284)에 설치된다. 피구동 부재(204)는 "엔드 이펙터 피닝 디바이스(End Effector Peening Device)"로서 흐름도 박스 284에서 표시된다. 피구동 부재(204)가 가공소재 W를 가로질러 움직이는 동안 및 가공소재 W의 표면(206)에 임팩트를 가하는 동안 엔드 이펙터 및 피구동 부재(204)의 위치를 파악하기 위하여 매니퓰레이터가 제공된다. 가공소재 W는 흐름도 박스 288에서 "부품(Part)"으로 식별된다. 제어는 흐름도 박스 290에서 "위치 컨트롤(Position Control)"로서 식별된다. 가공소재 W 또는 "부품(Part)"의 물리적 특성을 변화시키기 위한 작동 방법은 흐름도 도 13을 참조하여 설명될 것이다. 흐름도에서 도시된 각각의 동작 부분은 앞서 설명된 동작 컴포넌트들 또한 언급하면서 각각의 기능들과 함께 간략히 설명될 것이다.
위치 컨트롤(290)은 지지체(202)에 배치된 가공소재 W(부품-박스 290)의 위치를 알아낸다. 일단 가공소재 W(부품)가 지지체(202)에 단단히 고정되면, 가공소재 W의 위치 결정은 매니퓰레이터 및 엔드 이펙터 제어기(박스 280)에 전달된다. 매니퓰레이터 및 엔드 이펙터 제어기(280)는 시스템 컨트롤(System Control)(도 13의 흐름도에서 도시되지 않음)로부터 가공소재 W(부품) 위치 및 경로 데이터를 수신한다. 매니퓰레이터 및 엔드 이펙터 제어기는 프로그램된 이동 경로를 통해서 움직임 제어 시스템(motion control system)을 구동한다. 매니퓰레이터 및 엔드 이펙터 제어기는 가공소재 W에 대한 엔드 이펙터의 현재 위치에서 엔드 이펙터 피닝 디바이스 또는 피구동 부재(204)와 통신한다. 매니퓰레이터는 엔드 이펙터의 위치를 알아내고, 미리 계획된 움직임 경로로 움직이도록 엔드 이펙터를 제어한다. 엔드 이펙터 피닝 디바이스(박스 284)는 피구동 부재(204)가 제어기(박스 280)에 의해 명령받은 대로 가공소재 W(부품)에 복수의 임팩트를 가하는 것을 초래한다. 파라미터들에 의해 제어되는 엔드 이펙터 및 매니퓰레이터의 제어 하에서 지지체(202)에 고정되어 있는 동안 가공소재 W의 전체 표면(206)을 가로질러 피구동 부재(204)가 이동한다.
가공소재 W에 대해 임팩트를 가하기 위한 상술한 장치를 이용하는 방법을 수행함에 있어서, 가공소재 W는 상술한 지지체(202)들 중의 어느 하나일 수 있는 지지체(202) 상에 단단히 배치된다. 위치 컨트롤은 지지체(204) 상에서의 가공소재 W의 위치를 매니퓰레이터 및 엔드 이펙터 제어기에 제공한다.
매니퓰레이터 및 엔드 이펙터 제어기에는 원하는 최종적인 제품으로 가공소재 W의 물리적 특성을 변화시키기 위하여 조정가능한 파라미터들이 제공된다. 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 조정가능한 파라미터들은 1-35 줄(Joule)의 범위 내에 있을 수 있는 가공소재 W 상의 임팩트에 대한 에너지 레벨(energy level), 가공소재 W 상의 임팩트의 적용 속도(rate of application), 및 가공소재 W 상의 임팩트의 커버리지 영역을 포함한다. 엔드 이펙터 및 매니퓰레이터가 가공소재 W의 전체 커버리지 영역 또는 표면(206)을 가로질러 피구동 부재(204)를 움직일 때 피구동 부재(204)에 의해서 가공소재 W의 표면에 임팩트가 가해진다. 이러한 일은 전체 가공소재 W 또는 그 섹션이 상술한 바와 같이 지지체(202) 상의 단단한 위치(secure position)에 설치되었을 때 일어난다. 디바이스(210)는 엔드 이펙터에 설치된다. 디바이스(210)의 피구동 부재(204)는 파라미터들을 더 포함하는 매니퓰레이터 및 엔드 이펙터 제어기(박스 280)의 제어 하에 있다. 임팩트를 가하는 것은 원하는 최종적인 제품이 달성될 때까지 계속된다.
본 발명의 장치 및 방법 양쪽 모두의 기본 컴포넌트들이 이상에서 설명되었다. 선택된 상황들에서, 가공소재 W를 예비 윤곽(preliminary contour)으로 형성하기 위하여 가공소재 W를 초기에 프리-로딩(pre-loading)하도록 추가적인 방법 단계 및 장치가 제공될 수 있다. 가공소재 W에 예비 윤곽을 형성하기 위하여 가공소재 W를 프리-로딩하는 것에 대한 설명이 후술된다.
이하의 본 발명은 일반적으로 프리-로딩 단계에 이어지는 임팩트 피닝(impact peening)에 관한 것이다. 여기서, 피구동 부재(204)에 의해 가공소재 W에 임팩트를 가하기 전에 프리-로딩이 수행되는 경우에, 프리-로딩은 짧아진 전체 처리 시간과 같이 더욱 효과적인 프로세스를 제공한다. 가공소재 W가 먼저 프리-로딩되었을 때, 피구동 부재(204)를 가지고 가공소재 W에 임팩트를 가함으로써 가공소재 W의 형성은 더 적은 파워 및 더 많은 커버리지 영역을 가지고 달성될 수 있다.
도 6을 참조하면, 화살표 292에 의해서 도시된 바와 같이, 가공소재 W의 중앙의 오목한 쪽에서 강력히 누름으로써, 원하는 윤곽이 달성되고 가공소재 W를 위한 궁극적인 윤곽에 거의 상응할 수 있다는 것이 개략적으로 도시된다. 도시된 바와 같이, 화살표 294에 의해서 보이는 것처럼, 대향하는 그립퍼(opposing gripper)들(302)이 가공소재 W에 대해 적용된다. 화살표 292에 의해서 표시된 바와 같이, 피구동 부재(204)에 의해서 프리-스트레스트(pre-stressed) 가공소재 W의 표면(206)에 임팩트가 가해질 때, 프리-로딩은 가공소재 W를 이완하기(relax) 시작하고, 프리-로딩으로부터의 윤곽은 이후의 복수의 임팩트에 의해서 유지되거나 증가된다.
도 4는 픽스쳐(300)의 상부 외부 부분에 고정된 연신된 그립퍼(302)들을 갖는 일반적으로 300으로 표시되는 픽스쳐를 도시하고, 나사 볼트(threaded bolt)(304)는 픽스쳐(300)의 하부 중앙 부분(305)에 위치한다. 가공소재 W는 가공소재 W의 밑면에서 윤곽이 이루어진 상부 표면(307)을 갖는 형성 부재(forming member)(306)에 의해서 픽스쳐(300)에서 형성된다. 가공소재 W를 프리-로딩하기 위하여 볼트(304)가 가공소재 W의 하부 표면에 대해 상방으로 형성 부재(306)에 힘을 가할 때, 가공소재 W의 상부 표면의 상부/외부 영역들은 그립퍼(302)들에 의해 잡혀 있다.
도 5를 참조하면, 대안적인 픽스쳐(310)가 도시된다. 도 5에서는 픽스쳐(310)에서 프리-로딩된 가공소재 W의 하부 표면에 대해 형성 부재(306)를 구동하는 유압 피스톤 조립체(hydraulic piston assembly)(312)의 이용을 도시한다는 점을 제외하고는, 픽스쳐(300) 처럼, 픽스쳐(310)의 구성은 픽스쳐(300)와 실질적으로 동일하다. 유압 피스톤 조립체(310)는 픽스쳐(310)의 밑면에 고정된 나사 볼트(316)들을 갖는 외부 플랜지(314)에 의해 픽스쳐(310)의 밑면에 고정된다. 피스톤 로드(piston rod)(318)는 윤곽이 형성된 형성 부재(306)의 밑면에 고정된다. 다시 말하지만, 가공소재 W를 프리-로딩하기 위하여 피스톤 로드(318)가 가공소재의 하부 표면에 대해 상방으로 형성 부재(306)에 힘을 가하기 때문에, 가공소재의 상부 표면의 상부/외부 영역들은 그립퍼(302)들에 의해서 유지되고 있다.
가공소재 W는 우선 도 4, 5, 및 6에서 도시된 것과 같은 가공소재 W에서 예비 윤곽을 형성하기 위해 프리-로딩된다(pre-loaded). 가공소재 W 또는 가공소재의 섹션은 가공소재 W의 볼록한 쪽(convex side)에 대해 피구동 부재(204)로부터 복수의 임팩트를 가함으로써 추가적으로 처리하기 위해 프리-로딩 픽스쳐(300 또는 310)에서 지지체(202)로 이송된다. 이후, 프리-로딩된 가공소재 W의 처리는 피구동 부재(204)에 의해 가해지는 복수의 임팩트에 대해 상술한 방식으로 계속되고, 도 6에서 보이는 바와 같이, 임팩트들이 가공소재 W의 볼록한 쪽에 가해진다.
게다가, 본 발명은 이하의 항목(clause)들에 따른 실시예를 포함한다:
항목 1. 표면을 갖는 금속 가공소재(workpiece)의 물리적 특성을 변화시키기 위한 장치로서, 상기 장치는: 가공소재를 위한 지지체(support); 가공소재의 표면에 복수의 임팩트(multiple impacts)를 가하기 위한 피구동 부재(driven member); 및 조정가능한 파라미터들을 갖는 제어기(controller);를 포함하고, 제어기는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위해 조정가능한 파라미터들의 범위 내에서 가공소재의 표면에 대해 복수의 임팩트를 가하도록 피구동 부재를 동작시키기 위하여 피구동 부재에 작동가능하게 연결되는(operatively connected) 것을 특징으로 하는 표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 장치.
항목 2. 항목 1에 있어서, 가공소재를 위한 지지체는 표면을 가지고, 가공소재는 지지체의 표면에 대해 지탱하는(bear) 제2 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 장치.
항목 3. 항목 1에 있어서, 지지체는 가공소재를 위한 지지체 상에서 가공소재를 잡고 있기 위한 연신된 클램프(elongated clamp)들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 장치.
항목 4. 항목 2에 있어서, 가공소재를 위한 지지체는 가공소재의 표면에 대해 지탱하는 클램프들을 포함하고, 지지체는 가공소재의 제2 표면에 대해 지탱하는 적어도 하나의 추가적인 클램프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 장치.
항목 5. 항목 4에 있어서, 지지체는 추가 클램프들(further clamps)을 포함하고, 추가 클램프들은 가공소재의 제2 표면에 대해 지탱하고, 가공소재의 표면에 대해 지탱하는 클램프들에 직접 대향하는(oppose) 것을 특징으로 하는 표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 장치.
항목 6. 항목 1에 있어서, 가공소재를 위한 지지체는 융기된 표면(raised surface)을 포함하고, 융기된 표면은 가공소재에 대한 피구동 부재의 임팩트에 대향하도록 앤빌을 제공하는 것을 특징으로 하는 표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 장치.
항목 7. 항목 6에 있어서, 지지체는 지지체 상에 가공소재를 고정하기 위하여 그리고 지지체의 융기된 표면에 대해 가공소재를 고정하기 위하여 바이어싱된 클램프(biased clamp)들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 장치.
항목 8. 항목 2에 있어서, 가공소재를 위한 지지체는 가공소재의 표면에 임팩트를 가하는 피구동 부재에 대향하여 가공소재의 제2 표면에 대해 지탱하는 앤빌(anvil)을 포함하고, 앤빌은 피구동 부재로부터의 가공소재에 대한 임팩트에 대향하도록 X, Y, 및 Z 방향으로 움직일 수 있는(moveable) 것을 특징으로 하는 표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 장치.
항목 9. 항목 2에 있어서, 상기 장치는 피구동 부재로부터 가공소재의 표면에 복수의 임팩트를 가하는 동안 가공소재의 표면 및 제2 표면에 대해 지탱하기 위한 적어도 한 쌍의 클램프들을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 장치.
항목 10. 항목 2에 있어서, 지지체는 가공소재의 제2 표면에 대해 지탱하는 에어 블래더 앤빌(air bladder anvil)을 포함하고, 상기 장치는 가공소재의 표면에 대해 지탱하는 한 쌍의 이격된 클램프들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 장치.
항목 11. 항목 10에 있어서, 에어 블래더 앤빌은 미리 형성되고(preformed) 형상이 이루어진(shaped) 에어 블래더 앤빌인 것을 특징으로 하는 표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 장치.
항목 12. 항목 1에 있어서, 상기 장치는 피구동 부재를 구동하기 위한 크랭크 기구를 포함하고, 크랭크 기구는 연속해서 왕복운동가능하게 움직이는 램(ram)을 가지고, 램은 피구동 부재에 의해 임팩트 에너지로 변환되는 에너지를 생성하고, 임팩트 에너지는 피구동 부재로부터 가공소재의 표면으로 응력파(stress wave)로서 이동하는 것을 특징으로 하는 표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 장치.
항목 13. 항목 1에 있어서, 조정가능한 파라미터들은, 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위해, 피구동 부재로부터의 가공소재에 대한 임팩트들의 에너지 레벨, 피구동 부재에 의한 가공소재에 대한 임팩트들의 적용 속도, 및 피구동 부재에 의한 가공소재에 대한 임팩트들의 커버리지 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 장치.
항목 14. 항목 13에 있어서, 임팩트들의 에너지 레벨은 1-35 줄(Joule)의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 장치.
항목 15. 항목 1에 있어서, 제어기, 매니퓰레이터, 및 엔드 이펙터를 포함하고, 제어기는 피구동 부재가 조정가능한 파라미터들의 범위 내에서 가공소재의 표면에 대해서 복수의 임팩트를 가하도록 매니퓰레이터 및 엔드 이펙터를 작동시키는 것을 특징으로 하는 표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 장치.
항목 16. 항목 1에 있어서, 피구동 부재가 가공소재에 임팩트를 가하기 전에 가공소재를 프리-로딩(pre-loading)하기 위한 픽스쳐(fixture)를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 장치.
항목 17. 표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 방법으로서, 상기 방법은: 가공소재를 지지하는 단계; 제어기를 제공하는 단계; 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위하여 조정가능한 파라미터들을 제어기에 제공하는 단계; 가공소재의 표면에 복수의 임팩트를 가하는 단계; 및 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위하여 조정가능한 파라미터들을 가진 제어기를 가지고 상기 가공소재의 표면에 복수의 임팩트를 가하는 단계를 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 방법.
항목 18. 항목 17에 있어서, 상기 방법은 상기 가공소재를 지지하는 단계 동안 가공소재를 고정시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 방법.
항목 19. 항목 17에 있어서, 가공소재 상에서 제2 표면을 제공하고 가공소재의 표면을 클램핑(clamping)하는 단계 및 가공소재의 표면의 크램핑에 직접 대향하도록 가공소재의 제2 표면을 클램핑하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 방법.
항목 20. 항목 17에 있어서, 가공소재 상에서 제2 표면을 제공하고 가공소재의 표면에 대한 복수의 임팩트에 대향하도록 가공소재의 제2 표면에 대해 지탱하는 앤빌을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 방법.
항목 21. 항목 17에 있어서, 상기 방법은 가공소재의 물리적 특성을 변화시키는 동안 가공소재를 지지하면서 가공소재를 고정하기 위하여 바이어싱 클램프(biasing clamp)들을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 방법.
항목 22. 항목 17에 있어서, 가공소재 상에서 제2 표면을 제공하고 가공소재의 표면에 대한 복수의 임팩트에 대향하여 가공소재의 제2 표면에 대해 지탱하기 위한 앤빌을 제공하는 단계를 포함하고, 앤빌은 가공소재에 대한 임팩트에 직접 대향하도록 x, y, 및 z 방향으로 움직일 수 있는 것을 특징으로 하는 표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 방법.
항목 23. 항목 17에 있어서, 가공소재는 제2 표면을 가지고, 상기 방법은 가공소재의 제2 표면에 대해 지탱하는 에어 블래더 앤빌을 제공하는 단계를 포함하고, 상기 방법은 가공소재의 표면에 대해 가공소재를 클램핑하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 방법.
항목 24. 항목 17에 있어서, 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 조정가능한 파라미터들은, 가공소재에 대한 임팩트들에 대한 에너지 레벨, 가공소재에 대한 임팩트들의 적용 속도, 및 가공소재에 대한 임팩트들의 커버리지 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 방법.
항목 25. 항목 24에 있어서, 에너지 레벨은 1-35 줄의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 방법.
항목 26. 항목 17에 있어서, 가공소재는 복수의 표면들을 가지는 것을 특징으로 하는 표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 방법.
항목 27 최종적인 금속 컴포넌트가 달성될 때까지 복수의 표면들을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 방법으로서, 상기 방법은: 가공소재 상에 예비 윤곽을 형성하기 위해 가공소재를 프리-로딩하는 단계; 예비 윤곽을 갖는 가공소재를 지지하는 단계; 제어기를 제공하는 단계; 예비 윤곽을 갖는 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 조정가능한 파라미터들을 제어기에 제공하는 단계; 가공소재의 표면에 복수의 임팩트를 가하는 단계; 및 최종적인 금속 컴포넌트가 달성될 때까지 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 조정가능한 파라미터들을 가지고 상기 가공소재의 표면에 복수의 임팩트를 가하는 단계를 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 최종적인 금속 컴포넌트가 달성될 때까지 복수의 표면들을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 방법.
항목 28. 항목 27에 있어서, 상기 가공소재 상에 예비 윤곽을 형성하기 위해 가공소재를 프리-로딩하는 단계를 위하여 가공소재의 표면을 가공소재의 오목한 쪽으로 선택하고 프리-로딩 동안 가공소재를 위한 픽스쳐를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 최종적인 금속 컴포넌트가 달성될 때까지 복수의 표면들을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 방법.
본 발명은 특정 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 다양한 변경들이 만들어질 수 있고, 등가물들이 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 교체될 수 있다고 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해서 이해될 것이다. 게다가, 본 범위로부터 벗어나지 않으면서 본 발명의 교시(teaching)에 대한 특정한 상황 또는 재료를 채용하도록 많은 변형들이 만들어질 수 있다. 그러므로, 본 발명은 공개된 특정 예들에 제한되는 것으로 의도되지 않고 본 발명은 첨부된 청구항들의 범위 내에 들어가는 모든 예들을 포함할 것으로 의도된다.

Claims (15)

  1. 표면을 갖는 금속 가공소재(workpiece)의 물리적 특성을 변화시키기 위한 장치로서, 상기 장치는:
    가공소재를 위한 지지체(support);
    가공소재의 표면에 복수의 임팩트(multiple impacts)를 가하기 위한 피구동 부재(driven member); 및
    조정가능한 파라미터들을 갖는 제어기(controller);를 포함하고,
    제어기는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위해 조정가능한 파라미터들의 범위 내에서 가공소재의 표면에 대해 복수의 임팩트를 가하도록 피구동 부재를 동작시키기 위하여 피구동 부재에 작동가능하게 연결되는(operatively connected) 것을 특징으로 하는
    표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    가공소재를 위한 지지체는 표면을 가지고, 가공소재는 지지체의 표면에 대해 지탱하는(bear) 제2 표면을 갖는 것을 특징으로 하는
    표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    지지체는 가공소재를 위한 지지체 상에서 가공소재를 잡고 있기 위한 연신된 클램프(elongated clamp)들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    가공소재를 위한 지지체는 가공소재의 표면에 대해 지탱하는 클램프들을 포함하고, 지지체는 가공소재의 제2 표면에 대해 지탱하는 적어도 하나의 추가적인 클램프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    지지체는 추가 클램프들(further clamps)을 포함하고, 추가 클램프들은 가공소재의 제2 표면에 대해 지탱하고, 가공소재의 표면에 대해 지탱하는 클램프들에 직접 대향하는(oppose) 것을 특징으로 하는
    표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 장치.
  6. 청구항 2에 있어서,
    가공소재를 위한 지지체는 가공소재의 표면에 임팩트를 가하는 피구동 부재에 대향하여 가공소재의 제2 표면에 대해 지탱하는 앤빌(anvil)을 포함하고, 앤빌은 피구동 부재로부터의 가공소재에 대한 임팩트에 대향하도록 X, Y, 및 Z 방향으로 움직일 수 있는(moveable) 것을 특징으로 하는
    표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 장치.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 장치는 피구동 부재로부터 가공소재의 표면에 복수의 임팩트를 가하는 동안 가공소재의 표면 및 제2 표면에 대해 지탱하기 위한 적어도 한 쌍의 클램프들을 포함하는 것을 특징으로 하는
    표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 장치.
  8. 청구항 2에 있어서,
    지지체는 가공소재의 제2 표면에 대해 지탱하는 에어 블래더 앤빌(air bladder anvil)을 포함하고, 상기 장치는 가공소재의 표면에 대해 지탱하는 한 쌍의 이격된 클램프들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    피구동 부재가 가공소재에 임팩트를 가하기 전에 가공소재를 프리-로딩(pre-loading)하기 위한 픽스쳐(fixture)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 장치.
  10. 표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 방법으로서, 상기 방법은:
    가공소재를 지지하는 단계;
    제어기를 제공하는 단계;
    가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위하여 조정가능한 파라미터들을 제어기에 제공하는 단계;
    가공소재의 표면에 복수의 임팩트를 가하는 단계; 및
    가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위하여 조정가능한 파라미터들을 가진 제어기를 가지고 상기 가공소재의 표면에 복수의 임팩트를 가하는 단계를 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는
    표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 방법은 상기 가공소재를 지지하는 단계 동안 가공소재를 고정시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    가공소재 상에서 제2 표면을 제공하고 가공소재의 표면을 클램핑(clamping)하는 단계 및 가공소재의 표면의 크램핑에 직접 대향하도록 가공소재의 제2 표면을 클램핑하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 방법.
  13. 청구항 10에 있어서,
    가공소재 상에서 제2 표면을 제공하고 가공소재의 표면에 대한 복수의 임팩트에 대향하도록 가공소재의 제2 표면에 대해 지탱하는 앤빌을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 방법.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 방법은 가공소재의 물리적 특성을 변화시키는 동안 가공소재를 지지하면서 가공소재를 고정하기 위하여 바이어싱 클램프(biasing clamp)들을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 방법.
  15. 청구항 10에 있어서,
    가공소재 상에서 제2 표면을 제공하고 가공소재의 표면에 대한 복수의 임팩트에 대향하여 가공소재의 제2 표면에 대해 지탱하기 위한 앤빌을 제공하는 단계를 포함하고, 앤빌은 가공소재에 대한 임팩트에 직접 대향하도록 x, y, 및 z 방향으로 움직일 수 있는 것을 특징으로 하는
    표면을 갖는 금속 가공소재의 물리적 특성을 변화시키기 위한 방법.
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