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
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Abstract
【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
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)。
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。
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)。
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)。
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。
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))。
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)。
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)。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 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。 - 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。 - 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。
- 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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