JP2006051557A - 構造物の結合位置合わせ装置および構造物の結合位置合わせ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 機体部分の組み合わせ位置精度を向上させるとともに、組み合わせ・結合に要する時間を短縮することができる構造物の結合位置合わせ装置および構造物の結合位置合わせ方法を提供する。
【解決手段】 一の構造物ＭＢ２を支持するとともに所定方向に駆動制御可能な複数の支持部３ａと、支持部３ａに支持された一の構造物ＭＢ２および他の構造物ＭＢ１の位置情報を取得する計測部４，５ａ，５ｃと、取得された位置情報に基づいて、一の構造物ＭＢ２を他の構造物に結合させるときの一の構造物ＭＢ２の結合位置情報を算出する演算部７と、算出された結合位置情報に基づいて、一の構造物ＭＢ２を支持する複数の支持部３ａを駆動制御する制御部８と、を有し、結合位置情報が、一の構造物ＭＢ２を他の構造物ＭＢ１に結合させたときの設計上の一の構造物ＭＢ２の設計位置情報との差が最も小さくなる位置情報であることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、構造物の結合位置合わせ装置および構造物の結合位置合わせ方法に関する。

従来、航空機や船舶等の大型構造物を製造する際には、大型構造物をいくつかのブロックに分けた構造物を製造し、各構造物を組み立てることにより大型構造物を製造する方法が用いられている。例えば、航空機の機体を製造する際には、胴体、主翼等を複数の機体部分に分けて製造し、各機体部分を組み立てることにより機体を製造している。

上述のように、各機体部分を組み立てて機体を製造する際には、機体部分を支持する鉄枠で形成された位置決め用の専用治具が用いられていた。この専用治具は、３軸方向に位置決めができるため、作業者が手作業で機体部分を移動させて各機体部分間のアライメント・シンメトリを調整していた。また、アライメント・シンメトリの検査には、ＣＡＴシステム（測量システム）が用いられ、ＣＡＴシステムにより各機体部分の位置関係が測定されていた。
このように、各機体部分を正確に組み合わせた後に、結合用のリベット、ボルト等を通す穴の穴開けが行われる。そして、一度各機体部分を分離して、穴開け時に発生する切子等の清掃およびシール材の塗布が行われる。その後、分離された各機体部分を再度正確に位置決めして組み合わせ、リベット、ボルト等により固定して機体の製造が行われていた。

また、上記の機体部分を支持する専用治具として、鉄枠からなる専用治具の代わりに、マイクロプロセッサにより３軸方向に制御駆動されるポジショナーを用いる技術も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−２２４９７８号公報

上述した従来の組み立て方法においては、製造する航空機の機種および機体部分に応じた専用治具を用いていた。そのため、製造する航空機の機種が変更されるたびに、変更後の機種に応じた専用治具を準備する必要があった。そのため、多額の治具費が発生し且つ、機体の製造の前に専用治具を製作することとなり、製作工程が長くなるという問題があった。
また、専用治具は鉄枠で形成されているため、占有エリアが大きくなっている。そのため、機体部分同士を固定する作業等を行う際に、専用治具が邪魔になり作業が行いにくくなるという問題があった。

さらに、各機体部分のアライメント・シンメトリの調整およびその確認作業は、作業員が手動で機体部分を移動させ、各機体部分の位置関係を作業員が測定していたので、上記作業に要する時間が長くなるという問題があった。
また、上述のように各機体部分のアライメント・シンメトリの調整を行っていると、各機体部分を、設計上の位置関係と比較して最も誤差が少ない位置関係に配置するのが困難になり、多くの時間を要することになるという問題があった。さらに、一度組み合わせた機体部分を分離し、再び同じ位置関係に組み合わせるのにも多くの時間を要するという問題があった。

また、特許文献１には、３軸方向に制御駆動されるポジショナーが開示されている。このようなポジショナーを用いて機体部分等を支持すると、機体部分の位置および姿勢を正確に制御することができる。また、同一のポジショナーで、製造する機種の変更および支持する機体部分の変更にも対応することができた。
しかしながら、ポジショナーの可動域等のキャリブレーションは行われても、支持された各機体部分のアライメント・シンメトリの確認作業はされないため、各機体部分の組み合わせ精度を確認することは困難であった。また、組み合わせ精度を確認するためには、上述のように作業員が各機体部分の位置関係を測定することになり、上記作業に要する時間が長くなるという問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、機体部分である構造物の組み合わせ位置精度を向上させるとともに、組み合わせ・結合に要する時間を短縮することができる構造物の結合位置合わせ装置および構造物の結合位置合わせ方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の構造物の結合位置合わせ装置は、一の構造物を支持するとともに所定方向に駆動制御可能な複数の支持部と、該複数の支持部に支持された前記一の構造物および他の構造物の位置情報を取得する計測部と、該計測部により取得された前記位置情報に基づいて、前記一の構造物を前記他の構造物に結合させるときの前記一の構造物の結合位置情報を算出する演算部と、該演算部により算出された前記結合位置情報に基づいて、前記一の構造物を支持する前記複数の支持部を駆動制御する制御部と、を有し、前記結合位置情報が、前記一の構造物を前記他の構造物に結合させたときの設計上の前記一の構造物の設計位置情報との差が最も小さくなる位置情報であることを特徴とする。

本発明によれば、一の構造物および他の構造物の位置情報を計測部により取得し、取得した各位置情報に基づいて、結合位置情報を算出している。そのため、一の構造物および他の構造物の製造時の形状誤差が組立に与える影響を最小限に抑え、一の構造物および他の構造物を配置した時の姿勢に関わらず結合位置情報の精度を確保することができ、一の構造物および他の構造物の組み合わせ位置精度を向上させることができる。

一度組み合わせた一の構造物および他の構造物を分離して再び組み合わせる場合において、結合位置情報に基づいて一の構造物を他の構造物に組み合わせることができる。そのため、最初に組み合わせたときと同じ位置関係に、短時間で組み合わせることができる。
また、一の構造物を、制御部により駆動制御された支持部により移動させている。そのため、一の構造物の移動に要する時間および位置合わせに要する時間を、作業員が手動で行う場合と比較して、より短縮することができる。

一の構造物を複数の所定方向に移動可能な支持部で支持しているため、一の構造物の位置および姿勢を所定の位置および姿勢に制御することができる。そのため、一の構造物を結合位置情報の位置に移動させやすく、一の構造物および他の構造物の組み合わせ位置精度を向上させやすくすることができる。また、一の構造物を移動させやすくすることにより、その移動時間を短縮することができる。
例えば、一の構造物を所定の回転軸回りに回動させることもでき、一の構造物を結合位置情報の位置に移動させやすくすることができる。

また、支持部は、一の構造物の形状に応じて使用する支持部の数を変更し、一の構造物を支持するポイントを変更することができる。そのため、さまざまな形状および大きさの一の構造物を支持することができる。また、一の構造物および他の構造物の結合作業に必要とされる空間を所定の領域に形成することができる。
さらに、専用治具よりも配置スペースの小さな支持部により一の構造物を支持することができる。そのため、一の構造物および他の構造物の結合に要する作業エリアをよりスリム化することができる。

また、上記発明においては、前記演算部が、前記一の構造物を前記他の構造物に接近させる前記一の構造物の移動経路を算出し、前記制御部が、前記移動経路に基づき前記一の構造物を支持する前記支持部を駆動制御することが望ましい。
本発明によれば、一の構造物を算出された移動経路に沿って移動させ、一の構造物および他の構造物を組み合わせることができる。例えば、一の構造物と他の構造物との組み合わせ面がステップ形状のように複雑な形状である場合、一の構造物と他の構造物とが干渉しないように接近させることができる。
また、一の構造物および他の構造物の設計情報に基づき、移動経路の長さが最も短くなるように算出されることが望ましい。このように移動経路を算出することにより、一の構造物の移動距離を最短にすることができ、一の構造物および他の構造物の組み合わせ・結合に要する時間を短縮することができる。

さらに、上記発明においては、前記計測部が、前記構造物または前記支持部に配置されるターゲットと、該ターゲットに向けて光を照射し、前記ターゲットの配置された方向および距離を測定するレーザトラッカーと、を有することが望ましい。
本発明によれば、非接触の３次元計測を行うことができる。そのため、一の構造物および他の構造物の位置情報を速やかに取得することができる。また、位置情報を取得する際に、一の構造物および他の構造物の位置を乱す恐れがなく、取得した位置情報の精度を向上させることができる。そのため、一の構造物および他の構造物の組み合わせ精度を向上させることができるとともに、組み合わせ・結合に要する時間を短縮することができる。

本発明の構造物の結合位置合わせ方法は、一の構造物を他の構造物に結合させる際の結合位置合わせ方法であって、前記一の構造物および前記他の構造物の位置情報を取得する計測ステップと、取得された前記位置情報に基づいて、前記一の構造物を前記他の構造物に結合させたときの設計上の前記一の構造物の設計位置情報、または任意に指定した位置情報との差が最も小さくなる結合位置情報を算出する演算ステップと、算出された前記結合位置情報に基づいて、前記一の構造物を移動させる移動ステップと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、一の構造物を他の構造物に結合させるときに、設計位置情報または任意に指定した位置情報との差が最も小さくなる位置に一の構造物を結合させることができ、組み合わせ位置精度を向上させることができる。
また、取得した一の構造物および他の構造物の位置情報に基づいて、結合位置情報を算出している。そのため、一の構造物および他の構造物の形状・姿勢に関わらず結合位置情報の精度を確保することができ、一の構造物および他の構造物の組み合わせ位置精度を向上させることができる。
一度組み合わせた一の構造物および他の構造物を分離して再び組み合わせる場合において、結合位置情報に基づいて一の構造物を他の構造物に組み合わせることができる。そのため、最初に組み合わせたときと同じ位置関係に、短時間で組み合わせることができる。

本発明の構造物の結合位置合わせ装置によれば、一の構造物を他の構造物に結合させるときに、設計位置情報との差が最も小さくなる位置に一の構造物を結合させることができ、組み合わせ位置精度を向上させることができるという効果を奏する。また、計測部により取得した各構造物の位置情報に基づいて結合位置情報を算出しているため、組み合わせ位置精度を向上させることができるという効果を奏する。
一の構造物を、制御部により駆動制御された支持部により移動させているため、移動に要する時間および位置合わせに要する時間を短縮することができるという効果を奏する。また、結合位置情報に基づいて一の構造物を他の構造物に組み合わせることにより、一の構造物および他の構造物の組み合わせ位置関係を、短時間で何回でも再現することができるという効果を奏する。

本発明の構造物の結合位置合わせ方法によれば、一の構造物を他の構造物に結合させるときに、設計位置情報との差が最も小さくなる位置に一の構造物を結合させることができ、組み合わせ位置精度を向上させることができるという効果を奏する。また、取得した各構造物の位置情報に基づいて結合位置情報を算出しているため、組み合わせ位置精度を向上させることができるという効果を奏する。
一度組み合わせた一の構造物および他の構造物を分離して再び組み合わせる場合において、結合位置情報に基づいて一の構造物を他の構造物に組み合わせることができる。そのため、最初に組み合わせたときと同じ位置関係に、短時間で組み合わせることができるという効果を奏する。

この発明の一実施形態に係る構造物の結合位置合わせ装置であるＬＡＰＳ（Laser Alignment Positioning System）について、図１から図１２を参照して説明する。
図１は、本発明に係るＬＡＰＳの全体構成を説明する概略図である。図２は、本発明のＬＡＰＳにより結合・製造される胴体の構成を説明する側面図である。
なお、本実施形態においては、ＬＡＰＳを用いた航空機の胴体を結合・製造する場合に適用して説明する。より具体的には、航空機の胴体を構成する前胴、中胴前部、中胴後部、後胴の結合のうちの、中胴前部と中胴後部との結合、および中胴後部と後胴との結合ついて説明する。

ＬＡＰＳ（構造物の結合位置合わせ装置）１は、図１に示すように、中胴前部（他の構造物）ＭＢ１を支持する支持用治具２と、中胴後部（一の構造物）ＭＢ２を支持するポジショナー（支持部）３ａと、後胴（一の構造物）ＲＢを支持するポジショナー（支持部）３ｂと、中胴前部ＭＢ１、中胴後部ＭＢ２、後胴ＲＢ、ポジショナー３ａ，３ｂの位置を計測するレーザトラッカー（計測部）４およびターゲット（計測部）５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆと、中胴後部ＭＢ２および後胴ＲＢの移動経路、結合位置を算出するとともにポジショナー３ａ，３ｂを駆動制御するＰＣ６と、から概略構成されている。

支持用治具２は鉄製のフレーム枠から構成されており、床面に固定して設置されている。そのため、支持用治具２は中胴前部ＭＢ１を固定して支持するように構成されている。
ポジショナー３ａ，３ｂは、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸方向に数値制御されるポジショナー（３軸ＮＣポジショナー）である。より具体的には、ポジショナー３ａ，３ｂは、Ｚ軸方向に駆動制御されるシリンダ部１１と、シリンダ部１１をＸ軸方向およびＹ軸方向に駆動制御するＸＹテーブル１２とから概略形成されている。ポジショナー３ａ，３ｂは、シリンダ部１１の先端部で中胴後部ＭＢ２および後胴ＲＢを支持し、ＸＹテーブル１２の基台が床面に固定されるように配置されている。

中胴後部ＭＢ２および後胴ＲＢには、それぞれポジショナー３ａおよびポジショナー３ｂと結合される支持受け部２１が備えられている。支持受け部２１は、中胴後部ＭＢ２および後胴ＲＢの両側面に２ヶ所、合計４ヶ所に配置され、中胴後部ＭＢ２および後胴ＲＢを安定して支持することができるように配置されている。
また、中胴前部ＭＢ１と中胴後部ＭＢ２との結合面３１は、図２に示すように、クランク状に折れ曲がった面状に形成され、中胴後部ＭＢ２と後胴ＲＢとの結合面３２は平面状に形成されている。

レーザトラッカー４は、図１に示すように、レーザ光をターゲット５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆに向けて照射し、ターゲット５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆからの戻り光を検出することにより、ターゲット５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆの位置データ（例えば、配置方向および距離）を計測することができる。また、レーザトラッカー４は、計測されたターゲット５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆの位置データをＰＣ６に出力するように接続されている。
なお、中胴前部ＭＢ１、中胴後部ＭＢ２、後胴ＲＢ、ポジショナー３ａ，３ｂの位置を、上述のレーザトラッカー４およびターゲット５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆを用いて測定しても良いし、その他の非接触式の３次元測定器を用いてもよく、特に限定するものではない。
ＰＣ６は、レーザトラッカー４から出力された各位置データに基づき、中胴後部ＭＢ２および後胴ＲＢの結合位置および移動経路等を算出する演算部７と、ポジショナー３ａ，３ｂをＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に駆動制御する制御部８と、を備えている。

次に、上記の構成からなるＬＡＰＳ１を用いた中胴前部ＭＢ１と中胴後部ＭＢ２との結合および中胴後部ＭＢ２と後胴ＲＢとの結合について説明する。まず、中胴前部ＭＢ１と中胴後部ＭＢ２との結合作業について説明する。
図３は、中胴前部ＭＢ１と中胴後部ＭＢ２との結合作業の流れを説明するフローチャートである。図４は、支持用治具２およびポジショナー３ａ，３ｂの配置関係を説明する斜視図である。
まず、結合作業を行う床面に中胴前部ＭＢ１を支持する支持用治具２と、中胴後部ＭＢ２を支持する４つのポジショナー３ａと、後胴ＲＢを支持する４つのポジショナー３ｂとが、図４に示すように、中胴前部ＭＢ１、中胴後部ＭＢ２、後胴ＲＢの配置位置に配置される。ポジショナー３ａおよびポジショナー３ｂは、それぞれ中胴前部ＭＢ１および中胴後部ＭＢ２を支持するように、略矩形状に配置されている（ＳＴＥＰ１）。
支持用治具２およびポジショナー３ａ，３ｂが配置されると、次に、中胴前部ＭＢ１が支持用治具２の上に設置される（ＳＴＥＰ２）。

図５は、中胴前部ＭＢ１に配置されたレーザトラッカー４およびターゲット５ａ，５ｂの位置関係を説明する図である。
中胴前部ＭＢ１が支持用治具２に設置されたら、図５に示すように、中胴前部ＭＢ１の前部フロアＦ１上に治具を介してレーザトラッカー４が設置される。そして、同じく前部フロアＦ１上にターゲット５が６個取り付けられる。ターゲット５ａは、前部フロアＦ１の四隅および長辺の略中央に配置される。また、中胴後部ＭＢ２を支持するポジショナー３ａの先端部にもターゲット５ｂが配置される（ＳＴＥＰ３）。
なお、ターゲット５ａの配置位置は上述した６箇所でもよいし、前部フロアＦ１上の他の地点でもよいし、配置数も６箇所よりも多くてもよいし、少なくてもよく、特に限定されるものではない。

ターゲット５ａ，５ｂが配置されると、レーザトラッカー４により中胴前部ＭＢ１に配置されたターゲット５ａの位置が測定され、測定された位置データはＰＣ６に出力される。ＰＣ６は演算部７により、入力された位置データに基づき、基準となる中胴前部ＭＢ１の機体座標系を測定値と設計位置情報とのベストフィット演算により算出する（ＳＴＥＰ４）。
次に、レーザトラッカー４によりポジショナー３ａに取り付けられたターゲット５ｂの位置が、ポジショナー３ａを動かしながら測定され、測定されたデータはＰＣ６に出力される。ＰＣ６は、演算部７によりポジショナー３ａの座標軸を算出し、上述の機体座標系とポジショナー３ａの座標軸とのずれを算出して補正する（ＳＴＥＰ５）。

図６は、中胴前部ＭＢ１に配置されたレーザトラッカー４と中胴後部ＭＢ２に配置されたターゲット５ｃとの位置関係を説明する図である。
その後、ターゲット５ｂを取り外し、ポジショナー３ａを中胴後部ＭＢ２の待ち受け位置に移動させる。ここで、ポジショナー３ａの待ち受け位置とは、中胴後部ＭＢ２をポジショナー３ａに設置する位置に配置した際に、中胴前部ＭＢ１と中胴後部ＭＢ２とが干渉せず、同時に中胴後部ＭＢ２とポジショナー３ａとが干渉しない位置のことである。
ポジショナー３ａが待ち受け位置に移動すると、中胴後部ＭＢ２がポジショナー３ａの上方の設置位置に配置される。そして、ポジショナー３ａをＺ軸方向に移動させて、ポジショナー３ａを中胴後部ＭＢ２の支持受け部２１と結合させ、図６に示すように、中胴後部ＭＢ２を支持する（ＳＴＥＰ６）。

中胴後部ＭＢ２が支持されると、中胴後部ＭＢ２の後部フロアＦ２の上にターゲット５ｃが配置される。ターゲット５ｃは、図６に示すように、後部フロアＦ２の略四隅に配置される。ターゲット５ｃが配置されると、レーザトラッカー４によりターゲット５ｃの位置が測定され、測定された位置データはＰＣ６に出力される（ＳＴＥＰ７（計測ステップ））。
ＰＣ６は演算部７により、ターゲット５ｃの位置データに基づき、後部フロアＦ２により構成される面の平面度を算出する。
その後、中胴後部ＭＢ２の結合位置が算出される。中胴後部ＭＢ２の結合位置は、５Cの位置データと設計位置情報との差が最も小さくなるように、最小２乗法を用いたベストフィット演算により算出される。また、同時に、中胴後部ＭＢ２を中胴前部ＭＢ１と干渉させることなく中胴前部ＭＢ１に接近させる経路である移動経路が、中胴前部ＭＢ１の３次元設計データに基づいて算出される（ＳＴＥＰ８（演算ステップ））。
なお、上述の３次元設計データ上のフロアの平面度および中胴前部ＭＢ１の３次元設計データは、例えばＣＡＴＩＡ（登録商標）のような３次元ＣＡＤ（Computer Aided Design）により設計された３次元設計データであってもよいし、その他の設計支援ツールにより構築された３次元設計データであってもよい。

図７は、中胴前部ＭＢ１に中胴後部ＭＢ２が組み合わされた状態を説明する図である。
結合位置および移動経路が算出されると、制御部８は、移動経路に基づきポジショナー３ａを制御し、中胴後部ＭＢ２を結合位置に移動させる。中胴後部ＭＢ２が中胴前部ＭＢ１に所定距離まで接近するまでは、Ｘ軸方向に沿って直線的に中胴後部ＭＢ２を中胴前部ＭＢ１に接近させ、ラフ位置決めする。中胴後部ＭＢ２のラフ位置決め後、制御部８は、中胴後部ＭＢ２を移動経路に沿って中胴前部ＭＢ１と干渉しないようにステップ状に移動させ、図７に示すように、中胴後部ＭＢ２を結合位置に精密位置決めする。
精密位置決め後、レーザトラッカー４により後部フロアＦ２のターゲット５ｃの位置が測定され、演算部７により後部フロアＦ２が所定の位置に配置されたか確認が行われる（ＳＴＥＰ９（移動ステップ））。

確認の完了後ポジショナー３ａを固定（インターロック、ブレーキ）し、その後、レーザトラッカー４およびターゲット５ａ，５ｃを前部フロアＦ１および後部フロアＦ２から取り外す。そして、中胴前部ＭＢ１と中胴後部ＭＢ２とを結合する帯板などの結合用の部品の位置決めを行い、マーキングする。その後、中胴前部ＭＢ１と中胴後部ＭＢ２とを結合するリベット等を通す穴を開け、皿取りが行われる（ＳＴＥＰ１０）。

穴開けが終わると、開けた穴の位置や穴の径の大きさや穴の内部のキズ等の検査を行い、ポジショナー３ａの固定が解除される。そして、制御部８がポジショナー３ａを制御して、中胴後部ＭＢ２を中胴前部ＭＢ１と干渉しないように分離し、退避位置に移動させる（ＳＴＥＰ１１）。
中胴後部ＭＢ２を退避位置にまで移動させると、ポジショナー３ａを固定し、上記穴および皿取り周囲のバリ取りや、中胴前部ＭＢ１および中胴後部ＭＢ２内部に落ちた切子等の清掃が行われる（ＳＴＥＰ１２）。
その後、中胴前部ＭＢ１および中胴後部ＭＢ２の結合部にシール材が塗布され、ポジショナー３ａの固定が解除される。ポジショナー３ａの固定が解除されると、制御部８は、記憶されている上記移動経路に沿って中胴後部ＭＢ２を、図７に示す上記結合位置にまで、自動的に、再び移動させ再結合する（ＳＴＥＰ１３）。
このとき、中胴後部ＭＢ２が中胴前部ＭＢ１に所定距離まで接近するまでは、Ｘ軸方向に沿って直線的に中胴後部ＭＢ２を中胴前部ＭＢ１に高速に移動させ接近させる。その後、結合位置までは低速で移動させる。その後、ポジショナー３ａを固定し、中胴前部ＭＢ１と中胴後部ＭＢ２とをリベット等で打鋲し、結合する（ＳＴＥＰ１４）。

中胴前部ＭＢ１および中胴後部ＭＢ２の結合が終わると、再びレーザトラッカー４およびターゲット５ａを前部フロアＦ１に取り付け、ターゲット５ｃを後部フロアＦ２に取り付ける。そして、レーザトラッカー４によりターゲット５ａ，５ｃが測定され、中胴前部ＭＢ１および中胴後部ＭＢ２の結合結果の検査データが取得（ＳＴＥＰ１５）される。取得された検査データは、検査記録書として出力され、中胴前部ＭＢ１および中胴後部ＭＢ２の結合作業が終了する。

次に、中胴後部ＭＢ２と後胴ＲＢとの結合作業について説明する。
図８は、中胴後部ＭＢ２と後胴ＲＢとの結合作業の流れを説明するフローチャートである。図９は、レーザトラッカー４と、中胴後部ＭＢ２の結合面３２に取り付けられたターゲット５ｄと、ポジショナー３ｂに取り付けられたターゲット５ｅとの位置関係を説明する図である。
まず、図９に示すように、床面の上にレーザトラッカー４が設置される。そして中胴後部ＭＢ２を支持しているポジショナー３ａが固定されていることを確認する（ＳＴＥＰ２１）。
その後、中胴後部ＭＢ２の後胴ＲＢとの結合面３２にターゲット５ｄが４個取り付けられる。ターゲット５ｄが取り付けられると、レーザトラッカー４によりターゲット５ｄの位置が測定され、測定された位置データはＰＣ６に出力される。ＰＣ６は、入力された位置データに基づき、演算部７により中胴後部ＭＢ２の機体座標系を算出する（ＳＴＥＰ２２）。

機体座標系が算出されると、後胴ＲＢを支持するポジショナー３ｂの先端部にターゲット５ｅが取り付けられる。そして、レーザトラッカー４によりターゲット５ｅの位置が測定されることによりポジショナー３ｂの稼動方向が測定され、そのデータがＰＣ６に出力される。ＰＣ６は、入力されたデータに基づき、演算部７によりポジショナー３ｂの座標軸方向を算出し、後胴ＲＢの機体座標系との軸ずれを補正する（ＳＴＥＰ２３）。

図１０は、レーザトラッカー４と、中胴後部ＭＢ２に配置されたターゲット５ｄと、後胴ＲＢに配置されたターゲット５ｆとの位置関係を説明する図である。
その後、ターゲット５ｅを取り外し、ポジショナー３ｂを後胴ＲＢの待ち受け位置に移動させる。
ポジショナー３ｂが待ち受け位置に移動すると、後胴ＲＢがポジショナー３ｂの設置位置に配置される。そして、ポジショナー３ｂのシリンダ部１１をＺ軸方向に移動させて、ポジショナー３ｂを後胴ＲＢの支持受け部２１と結合させ、後胴ＲＢを支持する（ＳＴＥＰ２４）。
その後、図１０に示すように、後胴ＲＢの中胴後部ＭＢ２との結合面３２にターゲット５ｆを４個取り付ける。ターゲット５ｆが取り付けられると、レーザトラッカー４によりターゲット５ｆの位置が測定され、測定された位置データはＰＣ６に出力される（ＳＴＥＰ２５）。
ＰＣ６は、ターゲット５ｆの位置データに基づいて、演算部７により後胴ＲＢの結合位置を算出する。５ｄと５ｆの位置情報の差が最も小さくなるように、ベストフィット演算により算出される（ＳＴＥＰ２６）。

図１１は、中胴後部ＭＢ２に後胴ＲＢが組み合わされた状態を説明する図である。
その後、制御部８は、算出された結合位置データに基づいて、ポジショナー３ｂを駆動して、後胴ＲＢの結合面３２のレベル出しを行う。レベル出しとは、後胴ＲＢの結合面３２が中胴後部ＭＢ２の結合面３２と略平行になるように位置調節することである。そして、中胴後部ＭＢ２および後胴ＲＢに取り付けられたターゲット５ｄ，５ｆを取り外し、図１１に示すように、後胴ＲＢを結合位置に移動させる（ＳＴＥＰ２７）。
後胴ＲＢが結合位置に移動したら、中胴後部ＭＢ２および後胴ＲＢの結合用穴等の相対位置を確認し、ポジショナー３ｂを固定する。
その後、中胴後部ＭＢ２と後胴ＲＢとをボルトで固定し（ＳＴＥＰ２８）、中胴後部ＭＢ２と後胴ＲＢとの相対位置を検査・確認し（ＳＴＥＰ２９）、中胴後部ＭＢ２と後胴ＲＢとの結合作業が終了する。

次に、本発明のＬＡＰＳ１を用いて胴体の結合を行った場合の、作業時間の試算結果について説明する。
図１２は、従来の方法で胴体の結合を行った場合に要する作業時間と、本発明のＬＡＰＳ１を用いて胴体の結合を行った場合に要する作業時間と、を比較したグラフである。図１２に示すように、従来方法による１機あたりの作業時間は略５３時間であり、ＬＡＰＳ１を用いる方法では、１機あたりの作業時間は略１０.５時間に短縮されている。この時間の短縮は、検査、アライメント確認、再結合、レベル測定等の中胴後部ＭＢ２および後胴ＲＢの位置測定、移動および配置位置の調整に要する時間が短縮されたことにより達成されている。

上記の構成によれば、中胴後部ＭＢ２および中胴前部ＭＢ１の位置データをレーザトラッカー４およびターゲット５ａ，５ｃにより取得した中胴後部ＭＢ２および中胴前部ＭＢ１の位置データに基づいて、結合位置情報を算出している。そのため、中胴後部ＭＢ２および中胴前部ＭＢ１の製造時の形状誤差・中胴後部ＭＢ２および中胴前部ＭＢ１を配置した時の姿勢に関わらず結合位置データの精度を確保することができ、組み合わせ位置精度を向上させることができる。

中胴後部ＭＢ２を３次元設計データに基づいて算出された移動経路に沿って移動させているので、中胴後部ＭＢ２と中胴前部ＭＢ１とが干渉しないように接近させることができる。
また、３次元設計データに基づき、上記移動経路の長さが最も短くなる移動経路を算出することができる。その結果、中胴後部ＭＢ２の移動距離を最短にすることができ、中胴後部ＭＢ２および中胴前部ＭＢ１の組み合わせ・結合に要する時間を短縮することができる。
さらに、上記の移動経路や、最短距離の移動経路を再現することができ、これら移動経路の検証、検討を容易に行うことができる。

中胴後部ＭＢ２および後胴ＲＢを、制御部８により駆動制御されたポジショナー３ａ，３ｂにより移動させている。そのため、中胴後部ＭＢ２および後胴ＲＢの移動に要する時間および位置合わせに要する時間を、作業員が手動で行う場合と比較して、より短縮することができる。
また、中胴後部ＭＢ２および後胴ＲＢを、それぞれの結合位置データに基づいて結合位置に移動させることができる。そのため、一度、中胴後部ＭＢ２および後胴ＲＢを組み合わせ、分離した後でも、同じ結合位置に短時間に移動させ、組み合わせることができる。

中胴後部ＭＢ２および後胴ＲＢは、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の３軸方向に移動可能なポジショナー３ａ，３ｂにより支持されているため、中胴後部ＭＢ２および後胴ＲＢの位置および姿勢を上記算出された結合位置に移動させやすく、中胴後部ＭＢ２および後胴ＲＢの結合位置精度を向上させやすくすることができる。
ポジショナー３ａ，３ｂは、中胴後部ＭＢ２および後胴ＲＢの形状に応じて使用するポジショナー３ａ，３ｂの数を変更し、中胴後部ＭＢ２および後胴ＲＢを支持するポイントを変更することができる。そのため、ポジショナー３ａ，３ｂの形状を変更することなく、さまざまな形状および大きさの中胴後部ＭＢ２および後胴ＲＢ等を支持することができる。また、中胴後部ＭＢ２および後胴ＲＢの結合作業に必要とされる空間を所定の領域に形成することができる。
また、専用治具よりも配置スペースの小さなポジショナー３ａ，３ｂにより中胴後部ＭＢ２および後胴ＲＢを支持することができる。そのため、胴体結合に要する作業エリアをよりスリム化することができる。

レーザトラッカー４およびターゲット５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆを用いることにより、中胴前部ＭＢ１、中胴後部ＭＢ２、後胴ＲＢ、ポジショナー３ａ，３ｂを非接触で３次元計測することができる。
そのため、中胴前部ＭＢ１、中胴後部ＭＢ２、後胴ＲＢ、ポジショナー３ａ，３ｂの位置データを速やかに、かつ、その位置を乱すことなく高い精度で取得することができる。その結果、中胴前部ＭＢ１、中胴後部ＭＢ２、後胴ＲＢの組み合わせ精度を向上させることができるとともに、組み合わせ・結合に要する時間を短縮することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、この発明を航空機の胴体の結合に適応して説明したが、この発明は航空機の胴体の結合に限られることなく、その他翼の結合や、各種の航空機以外の構造物の結合に適応できるものである。

本発明に係るＬＡＰＳの全体構成を示す概略図である。 図１のＬＡＰＳにより結合・製造される胴体の構成を示す側面図である。 中胴前部と中胴後部との結合作業の流れを示すフローチャートである。 支持用治具およびポジショナーの配置関係を示す図である。 中胴前部に配置されたレーザトラッカーおよびターゲットの位置関係を示す図である。 中胴前部に配置されたレーザトラッカーと中胴後部に配置されたターゲットとの位置関係を示す図である。 中胴前部に中胴後部が組み合わされた状態を説明する図である。 中胴後部と後胴との結合作業の流れを示すフローチャートである。 レーザトラッカーと、中胴後部の結合面に取り付けられたターゲットと、ポジショナーに取り付けられたターゲットとの位置関係を示す図である。 レーザトラッカーと、中胴後部および後胴に配置されたターゲットとの位置関係を示す図である。 中胴後部に後胴が組み合わされた状態を説明する図である。 従来方法の胴体結合に要する作業時間と、本発明のＬＡＰＳを用いた胴体結合に要する作業時間とを比較したグラフである。

符号の説明

１ ＬＡＰＳ（構造物の結合位置合わせ装置）
３ａ，３ｂ ポジショナー（支持部）
４ レーザトラッカー（計測部）
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ ターゲット（計測部）
７ 演算部
８ 制御部
ＭＢ１ 中胴前部（他の構造物）
ＭＢ２ 中胴後部（一の構造物）
ＲＢ 後胴（一の構造物）

Claims (4)

1. 一の構造物を支持するとともに所定方向に駆動制御可能な複数の支持部と、
   該複数の支持部に支持された前記一の構造物および他の構造物の位置情報を取得する計測部と、
   該計測部により取得された前記位置情報に基づいて、前記一の構造物を前記他の構造物に結合させるときの前記一の構造物の結合位置情報を算出する演算部と、
   該演算部により算出された前記結合位置情報に基づいて、前記一の構造物を支持する前記複数の支持部を駆動制御する制御部と、を有し、
   前記結合位置情報が、前記一の構造物を前記他の構造物に結合させたときの設計上の前記一の構造物の設計位置情報との差が最も小さくなる位置情報であることを特徴とする構造物の結合位置合わせ装置。
2. 前記演算部が、前記一の構造物を前記他の構造物に接近させる前記一の構造物の移動経路を算出し、
   前記制御部が、前記移動経路に基づき前記一の構造物を支持する前記支持部を駆動制御することを特徴とする請求項１記載の構造物の結合位置合わせ装置。
3. 前記計測部が、前記構造物または前記支持部に配置されるターゲットと、該ターゲットに向けて光を照射し、前記ターゲットの配置された方向および距離を測定するレーザトラッカーと、を有することを特徴とする請求項１または２に記載の構造物の結合位置合わせ装置。
4. 一の構造物を他の構造物に結合させる際の結合位置合わせ方法であって、
   前記一の構造物および前記他の構造物の位置情報を取得する計測ステップと、
   取得された前記位置情報に基づいて、前記一の構造物を前記他の構造物に結合させたときの設計上の前記一の構造物の設計位置情報、または任意に指定した位置情報との差が最も小さくなる結合位置情報を算出する演算ステップと、
   算出された前記結合位置情報に基づいて、前記一の構造物を移動させる移動ステップと、を備えることを特徴とする構造物の結合位置合わせ方法。

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