(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピースに対する摩擦攪拌溶接（ＦＳＷ）動作を実行する方法であって、
ＦＳＷ装置（１０４，５０２，７０４）が前記ワークピース（１０８）に対する前記動作を実行するとき、経路（２１４）に沿って前記ワークピースに対して前記ＦＳＷ装置を移動させるステップと、
位置決め装置（１１２，６０４，７２０）が前記ワークピースに対して前記ＦＳＷ装置とともに移動するように、前記ＦＳＷ装置の移動と同時に、前記ＦＳＷ装置に直接取付けられた前記位置決め装置を用いて前記経路に沿った連続点において前記ワークピースを位置決めするステップであって、前記ＦＳＷ装置および前記経路に対して前記位置決め装置によって固定された位置に前記ワークピースを調整するよう前記ワークピースに力を加えるステップ及び間隔をあけて配置され、前記ＦＳＷ装置が前記ＦＳＷ動作を実行する作業位置の両側において前記経路に沿って位置決めされる第１の係合機構（２０６）および第２の係合機構（２０８）を前記ワークピースと係合させるステップを含んだ、位置決めするステップと、
前記ワークピースの位置決めと同時に、前記第１および第２の係合機構のうちの少なくとも１つによって加えられる力を動的に調整するステップとを有するワークピースに対するＦＳＷ動作を実行する方法において、
前記位置決め装置は、
前記ＦＳＷ装置に結合され、前記ＦＳＷ装置が前記経路に沿って前記ワークピースに対して移動するとき、前記ＦＳＷ装置とともに移動可能に構成された本体部材（２０２）と、
前記本体部材に結合され、ＦＳＷ装置がＦＳＷ動作を実行する前記ワークピースに係合されるよう構成された複数の係合機構（２０６，２０８）であって、ＦＳＷ装置が前記経路に沿って移動するとき、前記係合機構は前記ＦＳＷ装置と前記経路に対して一定の関係を有して前記ワークピースを整列するように協働するよう前記経路に整列されるように構成され、前記第１の係合機構（２０６）と前記第２の係合機構（２０８）とを有した複数の係合機構とを有し、
各々の前記係合機構はローラの組を含み、ローラの各組は、前記ローラの組の間にクランプ領域を形成し、回転軸がＦＳＷ装置における回転ツールの回転軸に対してほぼ平行になるよう配置されたロケータローラ（３０２）およびテンションローラ（３０８）を有し、前記ワークピースは長手のストリンガであり、
それぞれのクランプ領域は、前記ワークピースの長手方向に沿って前記ワークピースを係合し、ＦＳＷ装置の移動とともに該長手方向に沿って移動し、該長手方向に沿った連続点においてクランプ力を加え、これにより、前記経路とワークピースとのオフセットを解消し、前記経路に対して前記ワークピースを整列させる方法。
【請求項２】
前記テンションローラは、１つ以上のテンションアジャスタを介して取付けられ、各々のテンションアジャスタは、前記ワークピースに加えられるクランプ力を変えるよう制御可能に調整できる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記係合機構は、前記ワークピースが前記作業位置において前記経路に対してほぼ平行に位置決めされるように、前記ワークピースを整列させるよう構成される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記経路は、前記ＦＳＷ装置に結合され、前記経路に沿って前記ＦＳＷ装置の動きを制御する制御システム（７０２）によって設定される、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
ワークピースに対する摩擦攪拌溶接（ＦＳＷ）動作を実行するためのアセンブリであって、
経路（２１４）を横断し、前記経路に沿ってＦＳＷ動作を実行するよう構成されたＦＳＷ装置（１０４，５０２，７０４）と、
位置決め装置（１１２，６０４，７２０）とを含み、前記位置決め装置は、前記位置決め装置が前記ＦＳＷ装置とともに横断するように前記ＦＳＷ装置に直接取付けられ、前記位置決め装置は
前記ＦＳＷ装置に結合され、前記ＦＳＷ装置が前記経路に沿って前記ワークピースに対して移動するとき前記ＦＳＷ装置とともに移動可能である本体部材（２０２）と、
前記本体部材に結合され、前記ＦＳＷ装置がＦＳＷ動作を実行するワークピースに係合するよう構成された複数の係合機構（２０６，２０８）を含み、前記複数の係合機構は、前記ＦＳＷ装置が前記経路に沿って移動するように、前記経路に整列されるように構成され、前記係合機構は前記ＦＳＷ装置および前記経路に対して一定の関係で前記ワークピースを整列させるよう協働し、
前記ＦＳＷ装置は、作業位置において前記ワークピースに対する摩擦攪拌溶接動作を実行し、
前記複数の係合機構は第１の係合機構（２０６）および第２の係合機構（２０８）を含み、前記第１および第２の係合機構は、間隔をあけて配置され、前記作業位置の両側において前記経路に沿って位置決めされ、第１及び第２の係合機構の少なくとも１つは摩擦攪拌動作の間第１及び第２の係合機構の前記少なくとも１つによって加えられる力を動的に調整するよう構成されたアジャストメント（３１２）を含み、さらに、
各々の前記係合機構はローラの組を含み、ローラの各組は、前記ローラの組の間にクランプ領域を形成し、回転軸がＦＳＷ装置における回転ツールの回転軸に対してほぼ平行になるよう配置されたロケータローラ（３０２）およびテンションローラ（３０８）を有し、前記ワークピースは長手のストリンガであり、
それぞれのクランプ領域は、前記ワークピースの長手方向に沿って前記ワークピースを係合し、ＦＳＷ装置の移動とともに該長手方向に沿って移動し、該長手方向に沿った連続点においてクランプ力を加え、これにより、前記経路とワークピースとのオフセットを解消し、前記経路に対して前記ワークピースを整列させる、アセンブリ。
【請求項６】
前記テンションローラは、１つ以上のテンションアジャスタを介して取付けられ、各々のテンションアジャスタは、前記ワークピースに加えられるクランプ力を変えるよう制御可能に調整できる、請求項５に記載のアセンブリ。
【請求項７】
前記係合機構は、前記ワークピースが前記作業位置において前記経路に対してほぼ平行に位置決めされるように、前記ワークピースを整列させるよう構成される、請求項５または６のアセンブリ。
【請求項８】
前記経路は、前記ＦＳＷ装置に結合され、前記経路に沿って前記ＦＳＷ装置の動きを制御する制御システムによって設定される、請求項５ないし７のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
この発明は、製造動作中にワークピース要素を位置決めおよび固定するための装置および技術に関し、より特定的には、たとえば、複数の要素に対して実行される溶接、接合または他の製造動作時に用いられ得るツール取付型構造の位置決め装置および技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
多くのさまざまな種類の製造動作中に、作動中の要素を互いに対しておよび／またはツールに対して所望の位置に固定することが必要とされる。コンピュータ制御の連続的なツーリング動作の場合、当該要素は、ツールのヘッドが経路に沿って移動するとき当該ツールの経路に沿って位置決めおよび固定される。たとえば、摩擦攪拌溶接のプロセスにおいては、高速回転スピンドルを用いて要素を係合すると、摩擦のせいで温度が高くなり、これにより要素同士が溶融される。この摩擦攪拌溶接技術は構造要素同士を接合するのに用いられてもよく、たとえば、断面がＴ字型、Ｌ字型および／または角度の付いた支持部（ストリンガ）をアルミニウムの薄板構造（外板）に接合するのに用いられてもよい。当該プロセスにおいては、許容可能な接合部が正しい位置に形成されるようにするために、当該要素が互いに対してかつ摩擦攪拌溶接ヘッドに対して位置決めされる。他の製造動作、たとえば、リベット締め、接合、打抜き、曲げ加工、クリンプ加工、接着剤の塗布などはまた、典型的には、それに対する動作が実行されている要素の位置決めを含む。
【０００３】
要素を固定しかつ位置決めする従来の一技術では、外部のツーリング要素または保持要素（たとえば、ツール自体の外部にあるクランプおよびポジショナ）を用いて要素を適所に係止し、要素間および要素からツールまでの位置を維持する。しかしながら、これらの外部ツーリング技術では費用が高くなり、設置および取外しのためにかなりの時間が必要となる可能性があり、また、嵩高いために、使用していないときに格納するのに不都合が生じるかもしれない。さらに、ある製造動作中に引起こされる軸方向および半径方向の荷重により、外部の要素によって固定された場合に当該要素が滑ってしまう可能性がある。加えて、外部の保持要素は物理的に所望のツール経路を横切ってこれを妨害する可能性があり、このため、さまざまな間隔で当該保持要素を取外したり再度位置決めしたりするのに特定の製造動作の停止や開始を必要とするかもしれない。こうして、固定および位置決めのこれらの従来の技術では、設置が煩雑、困難で時間のかかるものとなり、最終的に、製造プロセスを遅らせ、その費用を増大させてしまうおそれがある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
発明の概要
製造動作中にワークピースを固定および位置決めするためのツール取付型構造の位置決め装置および技術を説明する。一実現例においては、位置決め装置は本体部材を含み、当該本体部材は、位置決め装置をツーリング装置に直接取付けるための複数の取付具を有する。当該ツーリング装置は、たとえば複数の要素を接合するために、所定の経路に沿って移動しつつ製造動作を実行するよう構成される。本体部材に結合された係合機構は当該所定の経路と整列し、ツーリング装置が動作を実行する第１のワークピースを固定するよう動作し、このため、当該ツーリング装置が所定の経路に沿って移動するとき、当該位置決め装置は当該所定の経路に対して一定の関係で第１のワークピースを整列させる。
【０００５】
この発明の実施例は、添付の図面を参照し以下の詳細な説明に従っている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
詳細な説明
この発明は、製造動作中に要素を固定するためのツール取付型構造の位置決め装置および技術に関する。この発明のいくつかの実施例の多くの特定の詳細が、このような実施例を完全に理解させるために以下の説明および図１〜図７において述べられる。しかしながら、この発明が付加的な実施例を有し得るか、またはこの発明がいくつかの詳細なしに以下の説明に従って実施され得ることを当業者は理解するだろう。たとえば、いくつかの実施例では摩擦攪拌溶接（ＦＳＷ）技術が参照されているが、当業者が認識し得るように、記載される構造位置決め技術がさまざまなツーリング動作に適用可能であり、そのうちのいくつかの例として、リベット締め、打抜き、接着、折り目付け、曲げ加工、切断、溶接およびクリンプ加工が挙げられる。
【０００７】
図１は、この発明の実施例に従った製造システム１００を示す。この実施例においては、製造システム１００は、ツーリング装置１０４に連通的および／または物理的に結合された制御システム１０２を含む。当該ツーリング装置１０４は、さまざまな要素またはワークピースに対する製造動作を実行するよう構成される。図１はさらに、第１のワークピース１０６および複数の第２のワークピース１０８を示す。
【０００８】
ツーリング装置１０４は、たとえば、製造部品または製品を作り出すためにいくつかのワークピースまたは要素に対する動作を実行するよう動作可能である。一実施例においては、ツーリング装置１０４は、摩擦攪拌溶接ヘッドなどの溶接部品である。この実施例においては、ツーリング装置１０４は、第１のワークピース１０６と第２のワークピース１０８とをしっかりと接合するよう１つ以上の所定の経路に沿って溶接を実行する。代替的な実施例においては、他のいかなる所望の製造動作が実行されてもよい。図１には単一のツーリング装置１０４が示されているが、代替的な実施例においては、システム１００は、独立してまたは組合されて動作し得るさまざまなツーリング装置１０４を有し得ることが企図される。たとえば、当該システム１００は、摩擦攪拌溶接ヘッドとして構成され、複数の第２のワークピース１０８を第１のワークピース１０６に独立してまたは同時に溶接するよう配置された複数のツーリング装置１０４を含み得る。
【０００９】
制御システム１０２は、論理処理装置などを表わしており、この明細書中に記載される製造動作を制御し、特に、ツーリング装置１０４の動作を制御するよう動作可能である。たとえば、制御システム１０２は、溶接または他の動作がそれに沿って特定される経路などの所定の経路に沿って、ツーリング装置１０４の動きおよび動作を制御し得る。図示される実現例においては、ツーリング装置１０４は、特定された溶接経路などの経路に沿ったツーリング装置１０４の動きを容易にし得る複数の軸方向のローラ１１０に接続されるものとして示される。制御システム１０４は、ツーリング装置１０４の移動の速度、方向およびタイミング、ならびにその製造動作を制御するよう動作し得る。さらに、多軸システムが用いられてもよく、この場合、ツーリング装置１０４およびアセンブリのロール、ピッチおよびヨー運動ならびに前進／後退および上下運動が制御され得る。この開示に従って既存の制御システムおよび装置のさまざまな構成を用いることにより、ツーリング装置１０４に所定の経路上でワークピース（または要素）に対する動作を実行させることができる。
【００１０】
図１にさらに図示のとおり、システム１００はまた、少なくとも１つの位置決め装置１１２を含む。位置決め装置１１２は、第１のワークピース１０６および第２のワークピース１０８を固定し、動作中に要素とツーリング装置１０４との間の相対的な関係または位
置を維持するよう構成される。たとえば、位置決め装置１１２は、ツーリング装置１０４が接合のために特定された経路を横断するとき、第１のワークピース１０６に接合（たとえば、溶接）されている第２のワークピース１０８のうちの１つを固定および位置決めし得る。図１に図示のとおり、位置決め装置１１２は、ツーリング装置１０４に直接取付けられ、たとえば制御システム１０２によって制御される所定の経路に沿って、または製造動作中にユーザによって指向されるランダムな（または予め規定されていない）経路に沿って、ツーリング装置１０４とともに移動するよう構成される。
【００１１】
位置決め装置１１２は、第１のワークピース１０６および第２のワークピース１０８とツーリング装置１０４との間の特定の位置関係が維持されるように、ツーリング装置１０４と整列させられる。言い換えれば、位置決め装置１１２は、たとえばボルトまたは他の好適な取付手段によって適所に保持されて、ツーリング装置１０４に対して固定される。したがって、第２のワークピース１０８などのワークピースの固定および位置決めは、第２のワークピース１０８に適用される他の外部のツーリング装置または保持要素（たとえば、クランプ、ポジショナ、締結具など）なしで位置決め装置１１２によって実現され得る。位置決め装置１１２はさまざまな技術を用いてワークピースを固定および位置決めし得るが、そのうちのいくつかの具体例および局面が図２〜図６の以下の説明において詳述される。
【００１２】
図２は、ツーリング装置１０４が取外されて位置決め装置１１２が露出されている、図１の製造システム１００の一部を表す実現例２００を示す。この実施例においては、位置決め装置１１２は、本体２０２と、当該本体２０２上に配置された複数の取付具２０４とを含む。当該複数の取付具２０４は、図１のツーリング装置１０４に位置決め装置１１２を取外し可能にまたは固定して取付けるよう構成され得る。たとえば、位置決め装置１１２は、ボルトで留められ得るか、または取付具２０４によって同様に締結され得る。さまざまな異なるツーリング装置１０４を位置決め装置１１２と交換可能に用いて、リベット締め、打抜き、接着、折り目付け、曲げ加工、切断、溶接、クリンプ加工および他の所望の動作などのさまざまな製造動作を実行し得る。１つ以上の実現例においては、位置決め装置１１２は、ボルト留めまたは締結されるのではなく、たとえば、ツーリング装置１０４に溶接されるかまたは一体的に形成されるなどしてツーリング装置１０４にしっかりと固定され得る。
【００１３】
位置決め装置１１２はまた、ツーリング装置１０４の移動経路に沿って当該ツーリング装置１０４に対してワークピースを固定および位置決めするよう構成された１つ以上の固定機構を含む（たとえば、係合および位置決めするよう構成された係合機構）。たとえば、図２は、固定機構２０６、２０８の対を有する実現例を示す。特に、固定機構２０６、２０８は、ワークピース１０８の長さに沿って２点において第２のワークピース１０８のうちの１つを固定するものとして示されている。一実施例においては、第１のワークピース１０６は、たとえば航空機の胴体に用いられるような成形されたアルミニウムの外板であり、複数の第２のワークピース１０８は、機体内での使用に適したＴ字型または角度の付いた梁などのアルミニウムのストリンガである。それぞれのワークピース１０６、１０８は、形成された航空機の胴体またはフレーム部材に所望の構造および特徴を与えるよう摩擦攪拌溶接動作などによって接合されてもよい。航空機のフレームまたはアセンブリを形成するのに適したさまざまな板、棒材、パネル、梁および他の所望の構成要素を含む他のさまざまなワークピースまたは要素が企図される。
【００１４】
動作の際に、ツーリング装置１０４および取付けられた位置決め装置１１２は、図１の制御システム１０２によって制御されて所定の経路であり得る経路に沿って移動する。例示的な経路２１４が図２において破線で表される。位置決め装置１１２の固定機構２０６、２０８は、ワークピース１０８にクランプ力（または他の好適な力、たとえば横方向の
力、付勢力など）を加えるよう動作することにより、ツーリング装置１０４が経路２１４に沿って横断方向２１０に移動するときに連続点においてワークピース１０８を経路２１４と整列させる。たとえば、経路２１４に沿った点２１２においては、ワークピース１０８は位置決め装置１１２を介してクランプ留めされ、ワークピース１０８および経路２１４はほぼ（または正確に）合致している。
【００１５】
経路２１４に沿って移動させた場合、経路２１４と要素１０８との間における誇張されたオフセットが要素１０８の端部２１５付近に示される。アセンブリが要素１０８の端部２１５に到達すると、位置決め装置１１２を介して加えられたクランプ力または他の好適な力によって、ワークピース１０８が所望のとおりに経路２１４と整列するよう動かされる。したがって、要素１０８の端部２１５付近の上述のオフセットが解消され、ワークピース１０８の適切な配置が実現され得る。こうして、位置決め装置１１２から加えられた力によるツーリングアセンブリ自体の位置関連の能力を用いることにより、ワークピース１０８が固定および位置決めされる。
【００１６】
経路２１４は概して直線的な経路として示されているが、この明細書中に記載される技術が、複数の面などを通る直線、曲線、平面、横方向の経路に同様に適用され得ることが認識されるだろう。たとえば、代替的な実施例においては、ワークピース１０８は比較的可撓性のある材料（たとえば、プラスチック、ゴムまたは他の弾性材料）から構成されてもよく、経路は直線的でなくてもよい。可能な一実現例においては、ワークピース１０８は、動作点におけるワークピース１０８と移動経路２１４との関係が概して平行になるように、動作点（たとえば、固定機構２０６と２０８との間の溶接点）において位置決めされる。他の実現例においては、他の関係、たとえば、移動経路２１４とワークピース１０８との間の相対的な角度位置が特定され得る。
【００１７】
図３は、図１および図２の位置決め装置１１２の実現例３００をより詳細に示す図である。特に、図２の固定機構２０６、２０８の一実施例の詳細な局面が示される。この実現例においては、固定機構２０６、２０８の対は、それぞれの取付ブラケット３０４、３１０を介して位置決め装置１１２の本体２０２に取付けられるローラ３０２、３０８の組として実現される。
【００１８】
より具体的には、図３に示される実施例においては、固定機構２０６、２０８の各々は、それぞれのブラケット３０４を介して位置決め装置１１２の本体２０２に取付けられた１組のロケータローラ３０２のうちの１つを含む。ロケータローラブラケット３０４は、本体２０２または他の好適な取付手段を通るボルト３０６によって取付けられてもよい。いくつかの実施例においては、ロケータローラブラケット３０４は、本体２０２に一体的に形成され得るかまたは溶接され得る。ロケータローラ３０２の各々に対応するテンションローラ３０８はまた、それぞれのテンションローラブラケット３１０を介して本体２０２に取付けられるものとして示されている。好ましくは、テンションローラ３０８はロケータローラ３０２に対してほぼ平行である。したがって、ワークピース１０８は、対応するローラ３０２、３０８の組の間に保持され得る。記載される構成においては、固定機構２０６、２０８の各々におけるローラ３０２と３０８との間にクランプ区域が形成されることが認識され得る。ローラ３０２、３０８はワークピース１０８を係合し、クランプ区域においてクランプ力を加え得る。ローラ３０２、３０８は、位置決め装置１１２がワークピース１０８の軸に沿って移動することを可能にし（たとえば、位置決め装置１１２がワークピース１０８を下降し）、ワークピース１０８を固定および位置決めするようクランプ力を同時に加え得る。
【００１９】
ロケータローラ３０２は、動作が行なわれる点においてローラ間に保持されるワークピースのための固定位置を設定するようツーリング装置１０４と整列し得る。こうして、ロ
ケータローラ３０２は、固定されたワークピースのための固定されたバックストップ（またはポジショナもしくはガイド）として機能し得る。特に、その位置は、位置決め装置１１２が取付けられているツーリング装置１０４の移動経路に対して固定されてもよい。このことは、図５に関連して以下により十分に説明される。
【００２０】
テンションローラブラケット３１０は張力を調整可能にもたらすよう構成され得る。各々のテンションローラブラケット３１０が有している１つ以上の対応するテンションアジャスタ３１２を用いることにより、ローラ３０８を介してもたらされる張力を変化させ、これに応じて、ワークピースを固定および位置決めするために加えられるクランプ力を変化させ得る。記載される実施例においては、テンションアジャスタ３１２は、本体２０２にそれぞれのブラケット３１０を固定するばね荷重ボルトとして実現され、張力を変化させるよう手動で調整され得る。当然、位置決め装置が経路に沿って移動する際にワークピースがどれほどしっかりと保持されるか、および、どれほどの抵抗が存在し得るかを決定するために張力が調整され得る。たとえば、異なる摩擦特性を有する異なる材料からなるローラを補償するよう張力が調整されてもよい。張力を自動的および／または動的に調整するためのさまざまな液圧式、空気圧式、機械式のテンションアジャストメント３１２が代替的に用いられてもよい。これらのさらなる説明が図６に関連して見出されるだろう。
【００２１】
動作時に、ワークピースは、ローラの組の間に挟まれ得るかまたはクランプ締めされ得る。テンションローラ３０８によってもたらされる張力により、ツーリング装置１０４および位置決め装置１１２のアセンブリが経路に沿って移動するときに当該ワークピースの位置がロケータローラ３０２によって設定される位置に調整される。こうして、ここで説明される取付可能な位置決め装置１１２とともにツーリング装置１０４の位置関連の能力を用いて、ワークピースが製造動作（たとえば、溶接）のために経路に沿って固定および位置決めされ得る。ローラが記載されているが、ワークピースを固定および位置決めするのに適したさまざまな固定機構が用いられてもよいことに留意されたい。たとえば、以下の詳細に従った図６は、位置決め細片がロケータローラ３０２の代替物として用いられている実現例を示す。ワークピースを固定および位置決めするための張力およびクランプ力を与えるのにさまざまな種類、形状および材料を有する他のさまざまな装置が用いられてもよく、そのうちのいくつかの例として、ゴムパッド、棒材、細片、アクチュエータ、ばねクランプ、ラチェット式装置、および他の好適な機構が挙げられる。
【００２２】
図４を参照すると、図３の位置決め装置１１２のアセンブリを示す分解図４００が図示される。この実施例においては、位置決め装置１１２の本体２０２に配置されている複数の異なる穴が、ボルトなどの締結具によって位置決め装置１１２の構成要素を本体２０２に取付けるためにさまざまなパターンで配置され得る。この実施例においてボルトとして構成されている複数の取付部材２０４は、位置決め装置１１２をツーリング装置１０４に固定するのに用いられる。図示されるロケータローラ３０２およびテンションローラ３０８の２つの組は各々、対応する取付ブラケット３０４および３１０に固定され得る。ロケータローラ取付ブラケット３０４は、複数のボルト３０６および本体２０２における対応する穴を介して本体２０２に固定される。テンションローラブラケット３０１は、ばね荷重ボルトとして実現される複数のテンションアジャストメント３１２を介して本体に固定される。代替的な実施例においては、溶接、接着などの固定式締結方法を用いて、位置決め装置１１２をツーリング装置１０４に固定することもできる。
【００２３】
図５は、図３に関連して記載されたとおりに実現された位置決め装置１１２を含む図１のシステム１００の側面図を示す。図５は、位置決め装置１１２と、当該位置決め装置１１２によってツーリング装置に保持された対応するワークピース１０８との整列を示す。この場合、図示されたツーリング装置は摩擦攪拌溶接（ＦＳＷ）ツール５０２として構成される。先に記載された制御システム１０２は、第２のワークピース１０８を第１のワー
クピース１０６に接合するためにＦＳＷツール５０２に溶接動作を実行させるよう動作し得る。特に、ＦＳＷツール５０２は、ワークピースを可塑化する接点において摩擦エネルギを与えるよう回転する。各々のワークピース１０６、１０８の可塑化された区域が形成する流体領域は、冷却されると（たとえば、ＦＳＷツール５０２が通り過ぎた後）、接点においてワークピースをともに溶融（たとえば、溶接）する。ＦＳＷ５０２の中心線は破線５０４で示され、さらに、溶接動作の中心線と、これによりツールの経路上の点とを示す。中心線およびプログラムされた経路上にある接点５０６が示されているが、そこで溶接が行なわれる。
【００２４】
第２のワークピース１０８は、先に記載された装置および技術に従って、ロケータローラ３０２とテンションローラ３０８との間に固定されるものとして示される。第２のワークピース１０８のための一定の位置または固定された位置５０８が中心線５０４および接点５０６に対して設定および維持されるように位置決め装置１１２を整列させる。特に、位置５０８は１つ以上のロケータローラ３０２の位置に対応する。この位置５０８は、ＦＳＷツール５０２が溶接経路を横断する際に維持される。一実現例においては、ワークピース１０８は、溶接が行なわれる点５０６においてプログラムされた溶接経路に対して実質的に平行になるよう位置決めされる。位置決め装置１１２によってもたらされる張力および／またはクランプ力により、ワークピース１０８が、当該経路に沿った連続点における設定された位置５０８へと調整される。この場合、位置５０８は、図示のとおり角度が付いたＬ字型のストリンガであるワークピース１０８の外側の端縁に設定される。他のさまざまなワークピース、断面要素またはストリンガなどが同様に位置決めされてもよく、結果として、対応する位置５０８がさまざまな種類の要素のためにさまざまに設定され得ることとなる。シムおよび機械接地ブロックを用いて、ローラ３０２の所望の位置と、これにより位置５０８とを設定し、ワークピースとツールおよび／またはワークピース同士の所望の関係を維持し得る。
【００２５】
図６は、この発明の代替的な実施例に従った位置決め装置１１２の別の実現例６００を示す。先に説明したとおり、さまざまなツーリング動作は、記載された装置および技術とともに用いられてもよく、上述の溶接技術に限定されない。たとえば、図６の実現例６００においては、リベット締め装置６０２として構成されるツーリング装置が示されるが、これは付属の位置決め装置６０４を備える。リベット締め装置６０２は、たとえば、図１の制御システム１０２によって制御される所定の経路でもあり得る接合部に沿ってリベットを配置することにより、ワークピース同士を接合するよう動作可能であり得る。ワークピースは、位置決め装置１１２の特徴を用いて、先に記載されたとおり固定および位置決めされてもよい。
【００２６】
実現例６００においては、設定された位置５０８は、先に記載されたロケータローラ３０２ではなく１組のロケータ細片６０６によってもたらされる。対応するテンションローラ６０８が示されており、当該対応するテンションローラ６０８はロケータ細片６０６に対してほぼ平行に配置され、これにより細片６０６とローラ６０８との間にクランプ領域が形成される。テンションローラ６０８が示されているが、ロケータ細片６０６と同様のテンション細片がまたテンションローラ６０６の代替物として用いられてもよいことに留意されたい。さまざまな寸法、形状および種類のテンションおよびロケータ細片６０６が用いられてもよい。たとえば、細片６０６は図６に図示のとおり概して長方形であり得るか、または、楕円形、円形または他のいかなる好適な形状であり得る。
【００２７】
ローラおよび細片を説明してきたが、クランプ力をもたらすためにロケータ部材およびテンション部材のさまざまな組合せを含むよう固定機構が実現されてもよい。たとえば、ローラ、細片、棒材、パッド、クランプ等として構成されるロケータ部材およびテンション部材が用いられてもよい。固定機構のためにさまざまな組合せで用いられるさまざまな
寸法、種類および材料からなる部材を含むロケータ部材およびテンション部材のさまざまな組合せが企図される。
【００２８】
図６はさらに、位置決め装置６０４の張力調整のための自動化構成を示す。より具体的には、この実施例においては、関連するアクチュエータ６１０を有するテンションローラ６０８が示される。アクチュエータ６１０は、テンションローラ６０８を介してもたらされる張力を自動的および／または動的に調整するのに用いられ得る。制御システム１０２は、アクチュエータ６１０の動作を制御するようアクチュエータ６１０に連通的および／または物理的に結合され得る。こうして、手動で張力を調整するのではなく、アクチュエータ６１０を用いて自動的に張力を調整し得る。したがって、ワークピースに加えられる張力および／またはクランプ力は、これにより、たとえばツーリング装置が経路を横断するときに力を変えることによって動的に制御され得る。アクチュエータ６１０は、たとえば、機械式ねじ、液圧装置、空気圧装置および他の好適な作動方法によってさまざまな方法で実現され得る。位置決め装置６０４および１１２の他のさまざまな調整、たとえば、ツール装置１０４、ＦＳＷヘッド５０２またはリベット締め装置６０２の中心線へのロケータ部材の整列などはまた、制御システム１０２ならびに関連する制御装置および論理によって自動化されてもよい。
【００２９】
図７は、この発明の代替的な実施例に従った製造システム７００の部分分解図である。製造システム７００の構成要素のうちのいくつかの構造および動作は、上述の構成要素と実質的に同様（または同一）であってもよい。したがって、簡潔にするために、製造システム７００の構成要素の構造および動作における有意な差だけを詳細に説明する。
【００３０】
図７に図示のとおり、製造システム７００は、位置調整装置７２０によってツールアセンブリ７０４に作動的に結合された位置決めアセンブリ７１０を含む。位置調整装置７２０は、位置決めアセンブリ７１０の位置をツールアセンブリ７０４に対して調整することを可能にする。位置調整装置７２０は、（たとえば、ねじ部材、クランプ部材などを用いる）手動作動型装置であり得るか、またはより好ましくは、制御システム７０２からの制御信号を用いて制御可能な１つ以上の作動装置（たとえば、サーボモータ、液圧または空気圧アクチュエータ、磁気アクチュエータなど）を用いて制御可能に調整可能であり得る。こうして、位置決めアセンブリ７１０の位置が、ツールアセンブリ７０４を用いた製造動作の実行中に制御可能に調整され得、これにより、位置決めアセンブリ７１０が柔軟でより適合可能な態様でワークピース（たとえば、図１の第２のワークピース１０８）をより良く位置決めおよび固定することが可能となり、費用のかかる製造動作の中断を必要とすることなく、手動での調整が可能となり得る。
【００３１】
この発明の好ましい実施例および代替的な実施例を上述のとおり図示および説明してきたが、この発明の精神および範囲から逸脱することなく多くの変更が可能であり得る。したがって、この発明の範囲は、これらの好ましい実施例および代替的な実施例の開示によっては限定されない。むしろ、この発明は、添付の特許請求の範囲を参照することによって全体が決定されるはずである。
また、本発明は以下に記載する態様を含む。
（態様１）
ワークピースに対する製造動作を実行するツーリング装置とともに用いられる位置決め装置であって、
前記ツーリング装置に結合されるよう構成され、前記ツーリング装置が経路に沿って前記ワークピースに対して移動するとき前記ツーリング装置とともに移動可能である本体部材と、
前記本体部材に結合され、前記ツーリング装置が前記製造動作を実行する前記ワークピースを係合するよう構成される複数の係合機構とを含み、
前記複数の係合機構は、前記ツーリング装置が前記経路に沿って移動するとき、前記係合機構が前記ツーリング装置および前記経路に対して一定の関係で前記ワークピースを整列させるよう協働するように前記経路と整列するよう構成される、位置決め装置。
（態様２）
前記ワークピースは長手のストリンガであり、前記ツーリング装置は、前記ワークピースを金属薄板の外板部材に接合して航空機の胴体構成要素を形成するよう構成され、前記製造動作は、溶接、リベット締め、接着、切断、折り目付け、打抜き、クリンプ加工および曲げ加工のうちの少なくとも１つを含む、態様１に記載の位置決め装置。
（態様３）
前記ツーリング装置は、作業位置において前記ワークピースに対する前記製造動作を実行し、前記複数の係合機構は第１の係合機構および第２の係合機構を含み、前記第１および第２の係合機構は、間隔をあけて配置され、前記作業位置の両側において前記経路に沿って位置決めされる、態様１に記載の位置決め装置。
（態様４）
前記第１および第２の係合機構のうちの少なくとも１つは、
前記経路の側方側に配置されたロケータ部材と、
前記経路の反対側の側方側において前記ロケータ部材近傍に位置決めされたガイド部材とを含み、前記ガイド部材は、前記製造動作中に前記ロケータ部材に対して前記ワークピースを付勢的に係合するよう前記ワークピースに対して付勢力を加えるよう構成される、態様３に記載の位置決め装置。
（態様５）
前記第１および第２の係合機構のうちの少なくとも１つはさらに、前記ガイド部材に作動的に結合されるアクチュエータを含み、前記アクチュエータは、前記製造動作中に前記付勢力を動的に制御するよう構成される、態様４に記載の位置決め装置。
（態様６）
各々の係合機構はローラの組を含み、ローラの各組は、前記ローラの組の間にクランプ領域を形成し、前記ツーリング装置の中心線に対してほぼ平行になるよう配置されたロケータローラおよびテンションローラを有し、
それぞれのクランプ領域は、前記ワークピースの軸に沿って前記ワークピースを係合し、ツール装置の移動とともに前記軸を下降して前記軸に沿った連続点においてクランプ力を加え、これにより、前記経路に対して前記ワークピースを整列させる、態様１に記載の位置決め装置。
（態様７）
前記テンションローラは、１つ以上のテンションアジャスタを介して取付けられ、各々のテンションアジャスタは、前記ワークピースに加えられるクランプ力を変えるよう制御可能に調整できる、態様６に記載の位置決め装置。
（態様８）
前記ツーリング装置は、作業位置において前記ワークピースに対する前記製造動作を実行し、前記係合機構は、前記ワークピースが前記作業位置において前記経路に対してほぼ平行に位置決めされるように、前記ワークピースを整列させるよう構成される、態様１に記載の位置決め装置。
（態様９）
前記経路は、前記ツーリング装置に結合され、前記経路に沿って前記ツーリング装置の動きを制御する制御システムによって設定される、態様１に記載の位置決め装置。
（態様１０）
ワークピースに対する製造動作を実行するためのアセンブリであって、
経路を横断し、前記経路に沿って前記製造動作を実行するよう構成されたツーリング装置と、
位置決め装置とを含み、前記位置決め装置は、前記位置決め装置が前記ツーリング装置とともに横断するように前記ツーリング装置に直接取付けられ、前記位置決め装置は少なくとも１つの係合機構を含み、前記少なくとも１つの係合機構は、前記経路が横断されるとき、前記製造動作が前記経路に沿って連続点において実行される点に対して一定の向きに前記ワークピースを位置決めするよう前記ワークピースにクランプ力を加える、アセンブリ。
（態様１１）
前記少なくとも１つの位置決め装置は、前記ツーリング装置に結合され、前記ツーリング装置が前記経路に沿って移動するとき前記ツーリング装置とともに移動可能である本体部材を含み、前記少なくとも１つの係合機構は、前記本体部材に結合され、前記ワークピースを係合するよう構成される複数の係合機構を含み、前記複数の係合機構は、前記ツーリング装置が前記経路に沿って移動するとき、前記係合機構が前記ツーリング装置および前記経路に対して一定の関係で前記ワークピースを整列させるよう協働するように、前記経路と整列するよう構成される、態様１０に記載のアセンブリ。
（態様１２）
前記ツーリング装置は、作業位置において前記ワークピースに対する前記製造動作を実行し、前記複数の係合機構は第１の係合機構および第２の係合機構を含み、前記第１および第２の係合機構は、間隔をあけて配置され、前記作業位置の両側において前記経路に沿って位置決めされる、態様１１に記載のアセンブリ。
（態様１３）
前記第１および第２の係合機構のうちの少なくとも１つは、
前記経路の側方側に配置されたロケータ部材と、
前記経路の反対側の側方側において前記ロケータ部材近傍に位置決めされたガイド部材とを含み、前記ガイド部材は、前記製造動作中に前記ロケータ部材に対して前記ワークピースを付勢的に係合するよう前記ワークピースに対して付勢力を加えるよう構成され、前記第１および第２の係合機構のうちの少なくとも１つはさらに、
前記ガイド部材に作動的に結合されるアクチュエータを含み、前記アクチュエータは、前記製造動作中に前記クランプ力を動的に制御するよう構成される、態様１２に記載のアセンブリ。
（態様１４）
各々の係合機構はさらに、
前記経路に対して平行に固定位置を規定するようツーリング装置と整列した位置決め部材と、
対応するテンション部材とを含み、前記対応するテンション部材は、クランプ領域が前記位置決め部材と前記テンション部材との間に前記経路に対してほぼ平行に形成されるように、前記位置決め部材に対向するよう配置される、態様１０に記載のアセンブリ。
（態様１５）
前記テンション部材は、前記ワークピースに対しクランプ力をもたらすよう前記部材間に調整可能に張力を与える１つ以上のテンションアジャスタを介して前記位置決め装置に取付けられる、態様１４に記載のアセンブリ。
（態様１６）
前記位置決め装置は、位置調整装置を用いて前記ツーリング装置に結合され、前記位置調整装置は、前記製造動作の実行中に制御信号に応答して前記ツーリング装置に対する前記位置決め装置の位置を調整するよう構成される、態様１０に記載のアセンブリ。
（態様１７）
ワークピースに対する製造動作を実行する方法であって、
ツーリング装置が前記ワークピースに対する前記製造動作を実行するとき、経路に沿って前記ワークピースに対して前記ツーリング装置を移動させるステップと、
位置決め装置が前記ワークピースに対して前記ツーリング装置とともに移動するように、前記ツーリング装置の移動と同時に、前記ツーリング装置に直接取付けられた前記位置決め装置を用いて前記経路に沿った連続点において前記ワークピースを位置決めするステップとを含み、前記ワークピースを位置決めするステップは、前記ツーリング装置および前記経路に対して前記位置決め装置によって固定された位置に前記ワークピースを調整するよう前記ワークピースに力を加えるステップを含む、方法。
（態様１８）
前記ワークピースを位置決めするステップはさらに、第１の係合機構および第２の係合機構を前記ワークピースと係合させるステップを含み、前記第１および第２の係合機構は、間隔をあけて配置され、前記ツーリング装置が前記製造動作を実行する作業位置の両側において前記経路に沿って位置決めされる、態様１７に記載の方法。
（態様１９）
前記ワークピースの位置決めと同時に、前記第１および第２の係合機構のうちの少なくとも１つによって加えられる力を動的に調整するステップをさらに含む、態様１８に記載の方法。
（態様２０）
前記位置決め装置は、
前記位置決め装置を前記ツーリング装置に固定するために複数の取付具を有する本体と、
前記本体上に配置された第１の係合機構および第２の係合機構とを含み、各々の係合機構は、
前記経路に対して平行に固定位置を規定するようツール装置と整列した位置決めローラと、
対応するテンションローラとを含み、前記対応するテンションローラは、前記経路上の連続点において前記第２のワークピースに接合されるときに前記第１のワークピースを位置決めする力をもたらすようクランプ領域が部材間に形成されるように、前記位置決めローラに対向するよう配置される、態様１７に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明の実施例に従って形成された溶接システムの構成要素を示す斜視図である。
【図２】ツーリング装置が取外されて位置決め装置が露出されている、図１に示される溶接システムの一部を示す図である。
【図３】図１および図２の位置決め装置の具体的な実現例を示す詳細図である。
【図４】図３の位置決め装置の分解図である。
【図５】位置決め装置の整列を示す、図１のシステムの実現例の側面図である。
【図６】位置決め装置の別の具体的な実現例を示す図である。
【図７】この発明の代替的な実施例に従った製造システムを示す部分分解図である。
【符号の説明】
【００３３】
１００  製造システム、１０２  制御システム、１０４  ツーリング装置、１０６  第１のワークピース、１０８  第２のワークピース、１１０  ローラ、１１２  位置決め装置。
【図１】
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【図２】
0005414156.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0005414156.tif 000006
【図６】
0005414156.tif 000007
【図７】
0005414156.tif 000008