WO2013146857A1 - 加工機支持装置、加工システム及び加工機支持装置を用いた加工方法 - Google Patents

Abstract

加工物と加工機が同時に移動する際、位置決めのために加工物を変形、破損することなく、加工機が設置面に対して安定した状態を維持することが可能な加工機支持装置、加工システム及び加工機支持装置を用いた加工方法を提供することを目的とする。加工機支持装置（１）は、加工物（１０）を固定し加工物（１０）を設置面（１５）上で移動させる治具枠（１１）と連結する位置決めユニット（２）と、位置決めユニット（２）に固定されて、加工物（１０）を加工する加工機（２０）を支持する支持部（３）と、設置面（１５）上を移動する台座部（４）と、位置決めユニット（２）と台座部（４）との間に設けられ、位置決めユニット（２）に対して台座部（４）を相対移動させる直線ガイド（６，７）、バランサユニット（８）又は相対回動させるリンクボール（９）とを備える。

Description

加工機支持装置、加工システム及び加工機支持装置を用いた加工方法

　本発明は、加工機を支持する加工機支持装置、治具と加工機と加工機支持装置とを備える加工システム、及び加工機支持装置を用いた加工方法に関するものである。

　航空機の翼や胴体等の大型の構造体を製作する際、作業員や、作業員が操作する加工機が移動するのではなく、製造ライン上にて加工物を移動させる製造システムが採用される場合がある。ここで、加工とは、例えば穴明けやリベットの打鋲などである。

　特許文献１には、連続流又は脈動流プロセスを用い、加工物がそのプロセス流経路に沿って進む際に、加工物に装備された位置合わせ装置によって加工物と係合される機械モジュール（Ｏフレーム機械９０）の発明であって、機械モジュールは、加工物に装備された位置合わせ装置によって、加工物に対する位置を定めることが開示されている。Ｏフレーム機械９０には、加工物に穴をドリル加工するドリル１０２が設置される。

特許第４５４０３４４号公報

　しかし、上記特許文献１では、加工時において、機械モジュールは設置面に固定されていることを前提としている。したがって、機械モジュールは、設置面に対して鉛直方向に移動できることは記載されているが、加工時において加工物と共に移動しない。

　一方、加工物と機械モジュールを同時に移動しながら加工する製造システムでは、特許文献１のように、機械モジュールを加工物に係合させる場合、機械モジュールが加工物に追従できないとき、機械モジュールが加工物を変形、破損するおそれがある。よって、加工物と機械モジュールは、設置面上の移動の影響に関わらず、滑らかに移動することが求められる。また、機械モジュールは、加工物に対して基準位置が保たれていることが要求される。

　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、加工物と加工機が同時に移動する際、位置決めのために加工物を変形、破損することなく、加工機が設置面に対して安定した状態を維持することが可能な加工機支持装置、加工システム及び加工機支持装置を用いた加工方法を提供することを目的とする。

　本発明の第１態様に係る加工機支持装置は、加工物を固定し前記加工物を設置面上で移動させる治具と連結する連結部と、前記連結部に固定されて、前記加工物を加工する加工機を支持する支持部と、前記設置面上を移動する台座部と、前記連結部と前記台座部との間に設けられ、前記連結部に対して前記台座部を相対移動又は相対回動させる追従部とを備える。

　この構成によれば、支持部が連結部に固定されていることから、連結部が治具と連結するとき、支持部に支持された加工機は、治具と加工物に対して連結部を基準にして位置決めされる。また、連結部が治具と連結し、治具が設置面上を移動するとき、連結部と共に追従部と台座部は、設置面上を移動する。このとき、追従部によって、台座部は連結部に対して相対移動又は相対回動する。したがって、治具の移動によって、台座部が治具に対して位置ずれ、傾き又はねじれの関係が生じたとしても、台座部が連結部に対して相対移動又は相対回動することによって、連結部、支持部及び加工機は、不要な応力がかかることなく、治具及び加工物に対して安定した状態を維持できるとともに、設置面に対して安定して重量が支えられた状態を維持することができる。

　本発明の第１態様において、前記支持部は、前記加工機を前記連結部に対して相対移動又は相対回動させてもよい。

　この構成によれば、支持部に支持され連結部を基準に位置決めされた加工機が、連結部に対して相対移動又は相対回転することから、例えば、位置決めされた位置において、設置面に対して鉛直方向に沿った加工や、加工物に対して傾きを有する加工が可能になる。

　本発明の第２態様に係る加工システムは、加工物を固定し前記加工物を設置面上で移動させる治具と、前記加工物を加工する加工機と、前記治具と連結する連結部と、前記連結部に固定されて、前記加工機を支持する支持部と、前記設置面上を移動する台座部と、前記連結部と前記台座部との間に設けられ、前記連結部に対して前記台座部を相対移動又は相対回動させる追従部とを有する加工機支持装置とを備える。

　本発明の第３態様に係る加工機支持装置を用いた加工方法は、加工物を固定し前記加工物を設置面上で移動させる治具と連結する連結部と、前記連結部に固定されて、前記加工物を加工する加工機を支持する支持部と、前記設置面上を移動する台座部と、前記連結部と前記台座部との間に設けられ、前記連結部に対して前記台座部を相対移動及び相対回動させる追従部とを備える加工機支持装置を用いた加工方法であって、前記連結部が前記治具に連結するステップと、前記加工機が前記連結部に対して相対移動するステップと、前記連結部に対して前記台座部が相対移動又は相対回動するステップとを含む。

　本発明によれば、加工物と加工機が同時に移動する際、加工機が治具に対して位置決めされるため、位置決めのために加工物を変形、破損することがない。また、連結部と台座部との間に追従部が設けられることによって、台座部が連結部に対して相対移動又は相対回動することから、加工機が設置面に対して安定した状態を維持することができる。

本発明の一実施形態に係る加工機支持装置及び治具枠を示す側面図である。 本発明の一実施形態に係る加工機支持装置及び治具枠を示す部分拡大縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る加工機支持装置及び治具枠を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る加工機支持装置の第１変形例及び治具枠を示す側面図である。 本発明の一実施形態に係る加工機支持装置の第２変形例及び治具枠を示す側面図である。 本発明の一実施形態に係る加工機支持装置の第３変形例及び治具枠を示す側面図である。 本発明の一実施形態に係る加工機支持装置の第４変形例及び治具枠を示す側面図である。

　以下に、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
　まず、本実施形態に係る加工機支持装置１を使用した製造システム（加工システム）の構成について説明する。
　本製造システムは、例えば航空機の翼や胴体等の構造体を製造する際に実施される。製造システムは、治具枠１１、加工機支持装置１、及び加工機２０が用いられる。なお、本実施形態の製造システムにおける加工とは、例えば加工物１０に対する穴明けやリベットの打鋲などであり、また、穴開け又は打鋲等の加工がされた加工物に対する検査も含む。

　本実施形態の製造システムでは、治具枠１１に固定された加工物１０が、治具枠１１によって移動する。治具枠１１は、例えば10mm/minの速度で１個又は複数個連なった状態で移動する。そして、加工物１０は、加工機２０と共に移動しながら、加工機２０によって加工される。加工機２０は、加工機支持装置１によって支持されながら移動する。加工機支持装置１は、治具枠１１に対して位置決めされている。

　加工物１０は、加工時も移動していることから、製造工程全体を移動しながら管理することが可能となる。加工中に加工物１０が固定されている従来装置を適用した場合では、従来装置の前工程、後工程に移動しながら製造する工程が組まれており、加工物１０を固定して使用する従来装置へ載せ替える時間が必要となる。一方、加工中に加工物１０が移動することにより載せ替えが不要になり製造リードタイムが低減できる。さらに、載せ替え作業を行う場所も必要なくなり、より少ない面積で生産が可能となる。また、製造工程全体を動きながら、移動しながら管理することが可能になるため、進捗管理を目視で容易に確認することが可能となる。そのため、本実施形態の製造システムを実施することによって、製造工程全体の時間の短縮化、使用面積の低減、進捗管理の容易化を図ることができる。

　治具枠１１は、例えば角パイプなどから構成され、加工物１０を支持しながら、例えば車輪１３によって設置面１５上を移動する。図３に示す例では、治具枠１１は、加工物１０を囲むようなサイズを有しており、治具枠１１の上部から加工物１０を吊りながら支持している。なお、治具枠１１による加工物１０の支持方法は、この例に限定されず、例えば、加工物１０は、治具枠１１に設けられた台座に載置されて固定されてもよい。

　治具枠１１の上部には、図３に示すように、位置決めユニット１２が複数設置される。位置決めユニット１２には、加工機支持装置１の位置決めユニット２が連結される。治具枠１１に複数の位置決めユニット１２が設置されることによって、一方向に長い加工物１０を加工する場合でも、加工物１０の加工箇所に応じた加工機支持装置１の位置決めを行うことができる。治具枠１１の位置決めユニット１２には、加工機支持装置１の位置決めユニット２の突起部に対応する開口部１２Ａ（図３参照）が形成されている。

　加工機支持装置１は、位置決めユニット２と、支持部３と、台座部４と、追従部などを備える。追従部は、図１に示す例では、直線ガイド６，７、バランサユニット８、及びリンクボール９である。

　加工機支持装置１は、台座部４に設けられた車輪５によって設置面１５上を移動する。すなわち、加工機支持装置１は、治具枠１１に向かう方向や治具枠１１から離れる方向、加工時に治具枠１１と連結しているとき治具枠１１と共に進行する方向等に移動する。台座部４には、取っ手２１が設けられてもよく、これによって、作業員Ａが加工機支持装置１を移動しやすくなる。

　加工機支持装置１の上部には、図１に示すように、位置決めユニット２が設置され、位置決めユニット２は、突起部を有する。位置決めユニット２は、連結部の一例であり、治具枠１１の位置決めユニット１２と連結する。

　なお、上記実施形態では、加工機支持装置１の位置決めユニット２が突起部を有し、治具枠１１の位置決めユニット１２が開口部１２Ａを有す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。例えば、加工機支持装置１の位置決めユニット２が開口部を有し、治具枠１１の位置決めユニット１２が突起部を有してもよい。

　支持部３は、位置決めユニット２と互いに固定されており、加工機２０を支持する。また、支持部３は、スライド部３Ａやスライド部３Ｂなどを備える。スライド部３Ａは、加工機２０を上下方向（図１中のＹ軸方向）に移動させる。スライド部３Ｂは、加工機２０を前後方向（図１中のＺ軸方向）に移動させる。これにより、加工機支持装置１が治具枠１１に固定されたとき、加工機２０を治具枠１１や加工物１０に対して相対移動させることができる。例えば、加工機２０は、位置決めされた位置において、設置面１５に対して水平方向又は鉛直方向に移動できる。

　なお、支持部３は、図１に示す例では図示しないが、加工機２０を左右方向（図１中のＸ軸方向）に移動させるスライド部を備えてもよい。
　また、支持部３は、加工機２０を図１中のＸ軸周り、Ｙ軸周り及びＺ軸周りに回動させる回転機構を備えてもよい。これにより、加工機支持装置１が治具枠１１に固定されたとき、加工機２０を治具枠１１や加工物１０に対して相対回動させることができる。これにより、加工機２０は、加工物１０に対して傾きを有する加工や、傾斜を有する加工物１０の表面に対して垂直方向の加工が可能になる。

　バランサユニット８は、台座部４の設置面１５側の面、すなわち台座部４の下面に設けられる。バランサユニット８は、上面に直線ガイド６、直線ガイド７、リンクボール９及び支持部３が下から順に設けられる。バランサユニット８は、空気圧の調整によって、直線ガイド６、直線ガイド７、リンクボール９及び支持部３の重量とバランスを保つ。そして、バランサユニット８は、台座部４に対して直線ガイド６、直線ガイド７、リンクボール９及び支持部３を上下方向（図１中のＹ軸方向）にほぼ無負荷で相対移動させる。バランサユニット８によって、Ｙ軸方向のフローティング機構が実現される。

　直線ガイド６は、バランサユニット８の上面に設置される。直線ガイド６は、レール部とガイド部の組み合わせ部材であり、バランサユニット８に対して直線ガイド７、リンクボール９及び支持部３を図１中のＸ軸方向にほぼ無負荷で相対移動させる。

　直線ガイド７は、直線ガイド６の上面に設置される。直線ガイド７は、レール部とガイド部の組み合わせ部材であり、直線ガイド６に対してリンクボール９及び支持部３を図１中のＺ軸方向にほぼ無負荷で相対移動させる。

　直線ガイド６と直線ガイド７によって、ＸＺ面内でのフローティング機構が実現される。直線ガイド６と直線ガイド７の上下関係は、図１に示す例と反対でもよく、直線ガイド７の上部に直線ガイド６が設置されてもよい。

　リンクボール９は、直線ガイド７の上面に設置される。リンクボール９は、直線ガイド７に対して支持部３を図１中のＸ軸周り、Ｙ軸周り及びＺ軸周りにほぼ無負荷で相対回動させる。リンクボール９によって、Ｘ軸周り、Ｙ軸周り及びＺ軸周りのフローティング機構が実現される。なお、リンクボール９の代わりに球面軸受が設けられてもよい。

　本実施形態の追従部である直線ガイド６，７、バランサユニット８、及びリンクボール９は、治具枠１１との相対変位に応じて追従するパッシブなフローティング機構であり、センサーや制御部が不要である。

　加工機２０は、加工物１０に対して加工を行う機械であり、加工機支持装置１の支持部３に設置される。加工機２０は、例えば、穴明け加工を行う場合、スピンドルユニットであり、リベットの打鋲を行う場合、鋲打ち装置である。さらに、シール材の塗布を行う場合、シール塗布装置である。また、加工機２０は、加工済みの加工物１０を検査する検査装置、例えば超音波探傷装置、検査用カメラなどでもよい。

　次に、本実施形態に係る加工機支持装置１の動作について説明する。
　加工機支持装置１は、図１に示すように治具枠１１から離れた状態から、作業員Ａによって、治具枠１１の方向へ移動される。そして、加工機支持装置１と治具枠１１は、図２や図３に示すように、位置決めユニット２と位置決めユニット１２が連結する。

　これにより、加工機支持装置１と治具枠１１が互いに固定される。そして、治具枠１１に対する加工機支持装置１の位置が決定される。加工時において、治具枠１１に支持された加工物１０は固定されたままであることから、加工物１０に対する加工機支持装置１の位置も決定される。

　また、加工機支持装置１において加工機２０の位置は、位置決めユニット２を基準にして決められている。したがって、加工機支持装置１と治具枠１１が位置決めユニット２，１２によって互いに固定されているとき、加工物１０に対する加工機２０の位置を把握でき、加工機２０は、加工物１０上の正確な位置に加工を施すことができる。

　さらに、本実施形態によれば、加工物１０と加工機２０が同時に移動する際、加工機２０が加工物１０に対してではなく、治具枠１１に対して位置決めされるため、位置決めのために加工物１０を破損することがない。

　加工物１０は、治具枠１１に固定された状態で、治具枠１１によって、例えば10mm/minの速度で移動されている。加工機支持装置１が治具枠１１に固定されることによって、加工機支持装置１は治具枠１１と共に移動する。

　加工機２０による加工物１０の加工は、治具枠１１と加工機支持装置１が移動している状態で行われる。

　加工機支持装置１は、位置決めユニット２が固定された支持部３と台座部４との間に、直線ガイド６，７、バランサユニット８、及びリンクボール９から構成される追従部が設けられる。台座部４は、直線ガイド６，７、バランサユニット８、及びリンクボール９によって、位置決めユニット２に対して相対移動又は相対回動する。

　加工機支持装置１が治具枠１１に固定されて、治具枠１１と共に移動しているとき、加工機支持装置１は、治具枠１１に対して位置ずれ、傾き又はねじれの関係が生じる可能性がある。一方、本実施形態では、台座部４が位置決めユニット２に対して相対移動又は相対回動することから、位置決めユニット２、支持部３及び加工機２０は、不要な応力がかかることなく、治具枠１１及び加工物１０に対して安定した状態を維持できるとともに、設置面１５に対して安定して重量が支えられた状態を維持することができる。

　治具枠１１の一の位置決めユニット１２における加工が終了したとき、作業員Ａによって、加工機支持装置１は、治具枠１１から取り外される。その後、治具枠１１の他の位置決めユニット１２で加工を行う場合、加工機支持装置１は、その位置決めユニット１２に対して固定される。

　次に、本実施形態の加工機支持装置１の変形例について説明する。
　まず、図４を参照して、加工機支持装置１の第１変形例を説明する。
　上述した実施形態では、直線ガイド７に対して支持部３を図１中のＸ軸周り、Ｙ軸周り及びＺ軸周りに相対回動させる追従部として、リンクボール９又は球面軸受が使用される。一方、第１変形例は、例えば、図４に示すように、ベアリング１８とゴム部材１９が使用される。

　ベアリング１８は、直線ガイド７の上面に設置される。ベアリング１８は、直線ガイド７に対してゴム部材１９及び支持部３を図４中のＹ軸周りにほぼ無負荷で相対回動させる。リンクボール９によって、Ｙ軸周りのフローティング機構が実現される。

　ゴム部材１９は、ベアリング１８の上部に設置される。ゴム部材１９は、ベアリング１８に対して支持部３を図４中のＸ軸周り及びＺ軸周りにほぼ無負荷で相対回動させる。ゴム部材１９によって、Ｘ軸周り及びＺ軸周りのフローティング機構が実現される。

　本実施形態の追従部である直線ガイド６，７、バランサユニット８、ベアリング１８及びゴム部材１９は、治具枠１１との相対変位に応じて追従するパッシブなフローティング機構であり、センサーや制御部が不要である。

　次に、図５を参照して、加工機支持装置１の第２変形例を説明する。
　上述した実施形態では、台座部４の上部に追従部、支持部３及び位置決めユニット２が下から順に設置される。一方、第２変形例の加工機支持装置１は、図５に示すように、追従部、支持部３及び位置決めユニット２が吊り部２４によって吊り下げられる。第２変形例の追従部は、直線ガイド６，７、バランサシリンダ２３、及びリンクボール９である。

　バランサシリンダ２３は、台座部４の上面に設けられる。バランサシリンダ２３は、吊り部２４を下から支持する。バランサシリンダ２３は、空気圧の調整によって、直線ガイド６、直線ガイド７、リンクボール９、支持部３及び吊り部２４の重量とバランスを保つ。

　そして、バランサシリンダ２３は、台座部４に対して吊り部２４、直線ガイド６、直線ガイド７、リンクボール９及び支持部３を上下方向（図５中のＹ軸方向）にほぼ無負荷で相対移動させる。吊り部２４は、台座部４上に設置された柱部材２５に沿って移動する。バランサシリンダ２３によって、Ｙ軸方向のフローティング機構が実現される。

　また、図６を参照して、加工機支持装置１の第３変形例を説明する。
　上述した第２変形例では、吊り部２４がバランサシリンダ２３によって下から支持される。一方、第３変形例の加工機支持装置１は、吊り部２４がカウンターバランサ２６によって支持される。

　カウンターバランサ２６は、柱部材２５の上部に滑車２６Ａが設けられ、滑車２６Ａに掛けられたケーブル２６Ｂを介して、直線ガイド６、直線ガイド７、リンクボール９、支持部３及び吊り部２４の重量とバランスを保つ。

　そして、カウンターバランサ２６は、台座部４に対して吊り部２４、直線ガイド６、直線ガイド７、リンクボール９及び支持部３を上下方向（図６中のＹ軸方向）にほぼ無負荷で相対移動させる。吊り部２４は、台座部４上に設置された柱部材２５に沿って移動する。カウンターバランサ２６によって、Ｙ軸方向のフローティング機構が実現される。

　次に、図７を参照して、加工機支持装置１の第４変形例を説明する。
　上述した実施形態及び第１～第３の変形例は、追従部が治具枠１１との相対変位に応じて追従するパッシブなフローティング機構であり、センサーや制御部が不要である。一方、第４変形例の加工機支持装置１は、フローティング機構の一部にアクティブな機構が採用される。

　図７に示す例では、パッシブなフローティング機構は、直線ガイド６，７のみから構成される。直線ガイド６と直線ガイド７によって、ＸＺ面内でのフローティング機構が実現される。

　その他のＹ軸方向のフローティング機構、Ｘ軸周り、Ｙ軸周り及びＺ軸周りのフローティング機構は、センサー部２７及びロボット２８によって実現される。

　センサー部２７は、力覚センサーや複数の変位センサーから構成され、ロボット２８の先端と支持部３の間に設置される。センサー部２７は、加工機支持装置１と治具枠１１が固定されたとき、加工機支持装置１と治具枠１１の間に発生する相対変位を検知する。

　ロボット２８は、センサー部２７で検知された相対変位に基づいて、位置決めユニット２及び支持部３をＹ軸方向に相対移動させたり、Ｘ軸周り、Ｙ軸周り及びＺ軸周りに相対回動させたりする。

　本実施形態の追従部であるセンサー部２７及びロボット２８は、アクティブなフローティング機構である。一方、直線ガイド６，７は、治具枠１１との相対変位に応じて追従するパッシブなフローティング機構であり、センサーや制御部が不要である。

１　加工機支持装置
２　位置決めユニット（連結部）
３　支持部
４　台座部
５，１３　車輪
６，７　直線ガイド（追従部）
８　バランサユニット（追従部）
９　リンクボール（追従部）
１０　加工物
１１　治具枠（治具）
１２　位置決めユニット
１５　設置面
１８　ベアリング（追従部）
１９　ゴム部材（追従部）
２０　加工機
２３　バランサシリンダ（追従部）
２４　吊り部
２５　柱部材
２６　カウンターバランサ（追従部）
２７　センサー部
２８　ロボット

Claims (4)

1. 　加工物を固定し前記加工物を設置面上で移動させる治具と連結する連結部と、
   　前記連結部に固定されて、前記加工物を加工する加工機を支持する支持部と、
   　前記設置面上を移動する台座部と、
   　前記連結部と前記台座部との間に設けられ、前記連結部に対して前記台座部を相対移動又は相対回動させる追従部と、
   を備える加工機支持装置。
2. 　前記支持部は、前記加工機を前記連結部に対して相対移動又は相対回動させる請求項１に記載の加工機支持装置。
3. 　加工物を固定し前記加工物を設置面上で移動させる治具と、
   　前記加工物を加工する加工機と、
   　前記治具と連結する連結部と、前記連結部に固定されて、前記加工機を支持する支持部と、前記設置面上を移動する台座部と、前記連結部と前記台座部との間に設けられ、前記連結部に対して前記台座部を相対移動又は相対回動させる追従部とを有する加工機支持装置と、
   を備える加工システム。
4. 　加工物を固定し前記加工物を設置面上で移動させる治具と連結する連結部と、前記連結部に固定されて、前記加工物を加工する加工機を支持する支持部と、前記設置面上を移動する台座部と、前記連結部と前記台座部との間に設けられ、前記連結部に対して前記台座部を相対移動及び相対回動させる追従部とを備える加工機支持装置を用いた加工方法であって、
   　前記連結部が前記治具に連結するステップと、
   　前記連結部に対して前記台座部が相対移動又は相対回動するステップと、
   を含む加工機支持装置を用いた加工方法。

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