(57)【要約】      （修正有）【課題】部品間のジョイントで使用されるシムの寸法データのセットを予測するための方法およびシステムを提供する。【解決手段】スキン２０および下部構造２８のデジタルモデルを、部品の輪郭およびプロファイルの公称マップとして使用する。スキンは、例えば、超音波のような非破壊手段によって検査されて、スキンの厚さプロファイルのデジタルモデルと比較するための完成時の厚さプロファイルを決定する。スキンおよび下部構造の接合領域を、それらの輪郭のデジタルモデルから決定する。シムのデジタルモデルを生成するために、スキンのデジタルモデルからのスキンの完成時の厚さの接合領域における偏差を使用する。シムは、機械加工または3D印刷を含む付加的な製造技術によって、そのデジタルモデルから構築される。【選択図】図１
2018041439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スキン（20）を下部構造（28）に取り付ける際に使用するシム（36）を作成するための方法（202）であって、前記スキン（20）は、内面（22）と、前記内面と反対側の外面（24）と、前記内面と前記外面との間のスキンの厚さとを画定し、前記下部構造（28）は、前記スキン用の合わせ面（30）を画定し、前記スキン（20）に関連するデジタルモデル（108）は、前記スキンの厚さの公称マップを含み、前記シム（36）は、前記スキン（20）の前記内面（22）と前記下部構造（28）との間の接合領域（138，160）において、設計許容値よりも大きい任意のギャップを充填するように構成され、
前記方法が、
a．前記スキンの内面（22）および外面（24）の少なくとも一方の複数の位置で前記スキン（20）を非破壊的に検査して、前記スキンの厚さに関するデータセット（100）を収集するステップと、
b．前記データセット（100）を使用して、前記複数の位置の少なくとも一部に対して前記スキン（20）についての完成時の厚さ値のセットを計算するステップと、
c．前記スキンの前記内面（22）と前記下部構造（28）の前記合わせ面（30）との前記接合領域（138，160）を決定するステップと、
d．前記スキン（20）の前記内面（22）の前記接合領域（138，160）において、前記スキンの厚さの前記公称マップからの前記完成時の厚さ値のセットの前記設計許容値（40）より大きい偏差（34）のセットを計算することによって、シム（36）のデジタルモデル（114）を生成するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
シム（36）のデジタルモデル（114）を使用して前記シム（36）を構築するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法（202）。
【請求項３】
前記シム（36）を構築する前記ステップが、付加的な製造技術の使用を含む、請求項2に記載の方法（202）。
【請求項４】
前記付加的な製造技術が、前記シム（36）を3Dプリンタで印刷することを含む、請求項3に記載の方法（202）。
【請求項５】
前記スキン（20）および前記下部構造（28）の各々が、互いに整列した少なくとも1つの予め形成された組み立て孔（182，184）を含み、シム（36）の前記デジタルモデル（114）を生成する前記ステップが、前記スキン（20）および前記下部構造（28）の前記予め形成された組み立て孔（182，184）と整列した前記シム（36）内の組み立て孔（186）を画定するステップを含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法（202）。
【請求項６】
各偏差が偏差値および偏差位置を含み、前記方法が、次の別のスキン（20）の製造に使用するための前記スキンの厚さの前記公称マップからの前記完成時の厚さ値のセットの設計公差（40）より大きい前記偏差の前記位置および値をデータベースに記録するステップをさらに含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法（202）。
【請求項７】
前記スキン（20）を非破壊的に検査して前記データセット（100）を収集する前記ステップが、超音波を用いて前記スキン（20）を検査するステップを含む、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法（202）。
【請求項８】
前記スキンの前記下部構造との前記接合領域（138，160）を決定する前記ステップが、前記スキン（20）の前記完成時の厚さ値のセットを計算する前記ステップに先行し、さらに、前記スキン（20）の前記完成時の厚さ値が前記スキンの前記接合領域（160）においてのみ計算される、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法（202）。
【請求項９】
第1の合わせ面（22）を画定する第1の部品（20）を第2の合わせ面（30）を画定する第2の部品（28）に組み立てる際に使用するシム（36）を作成するためのシステム（102）であって、2つの水平寸法および1つの厚さ寸法での第1の公称マップを含む第1のデジタルモデル（108）が前記第1の部品（20）に関連付けられ、2つの水平寸法での第2の公称マップを含む第2のデジタルモデル（108）が前記第2の部品（28）に関連付けられ、前記シム（36）が、前記第1の部品（20）と前記第2の部品（28）との前記合わせ面（22，30）間の設計許容値（40）よりも大きいギャップ（32）を充填するようにカスタマイズされた輪郭（44）およびプロファイル（42）で構成され、
前記システムが、
a．前記第1の部品（20）を検査して前記第1の部品（20）に関するデータセット（104）を収集するように構成された非破壊検査システム（70）と、
b．前記非破壊検査システム（70）に接続され、前記第1の部品（20）に関する前記データセットを受け取り、前記第1の部品（20）の前記第1の公称マップ、前記第2の部品（28）の前記第2の公称マップ、および前記設計許容値（40）を格納するように構成されたコンピューター（106）であって、前記コンピューター（106）は、前記第1の部品（20）に関する前記データセット（104）から、前記第1の部品（20）の少なくとも一部についての完成時の厚さプロファイルを計算し、前記第1の部品（20）の前記第1の公称マップを前記第2の部品（28）の前記第2の公称マップ上に仮想的に重ね合わせて、前記第1の部品と前記第2の部品との接合領域（138，160）を決定し、前記第1の部品（20）の前記第1の公称マップからの前記第1の部品（20）の前記完成時の厚さプロファイルの前記設計許容値（40）より大きい偏差のセットを計算することによって、前記接合領域においてシム（36）のデジタルモデル（114）を生成するように構成された処理要素（110）を含む、コンピューター（106）と
を備える、システム（102）。
【請求項１０】
シム寸法データ（114）を受け取るように前記コンピューター（106）に接続された付加的な製造装置（112）をさらに含み、前記付加的な製造装置（112）は、前記シム（36）を構築するように構成されている、請求項9に記載のシステム（102）。
【請求項１１】
前記第1の部品（20）および前記第2の部品（28）のうちの少なくとも一方の前記デジタルモデル（108）が、第1の予め形成された組み立て孔（182，184）のモデルを含み、前記コンピューター（106）が、前記第1の予め形成された組み立て孔（182，184）と整列した第2の予め形成された組み立て孔（186）のモデルを含むように、シム（36）の前記デジタルモデル（114）を生成する、請求項9または10に記載のシステム（102）。
【請求項１２】
前記非破壊検査システム（70）が超音波システムを含む、請求項9から11のいずれか一項に記載のシステム（102）。
【請求項１３】
前記コンピューター（106）が、次の別の第1の部品（20）の製造に使用するために前記第1の部品（20）の前記第1の公称マップからの前記第1の部品（20）の前記完成時の厚さプロファイルの前記偏差のセットをデータベースに記録する、請求項9から12のいずれか一項に記載のシステム（102）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、部品の組み立てに使用する部品の非破壊検査からのデータを収集し、使用するための技術に関する。より具体的には、開示された実施形態は、データを使用して、部品表面間のジョイントにおけるギャップを充填するためのシムのサイズおよび形状を決定するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
部品を、複合材料または金属材料から組み立てるために製造することができ、これらのタイプの部品のいずれかは、組み立て前に非破壊検査を受けることができる。非破壊検査方法には、超音波、渦電流、X線、磁気共鳴、光学イメージング、およびマイクロ波の使用が含まれる。
【０００３】
典型的には、部品の品質を特徴付けるために非破壊検査が行われる。例えば、炭素繊維強化ポリマーのような複合材料で作られた部品は、炭素繊維の隣接する層が互いに分離している層間剥離を有することがあり、その程度および効果を検査によって特徴付けることができる。部品には、構造内に意図しない空隙が含まれていることがあり、それにより、測定され位置特定され得る程度の空隙率を生成する可能性がある。超音波検査などの非破壊検査は、典型的には、そのような特性を検出し位置特定する過程で、部品に関するデータを収集する。
【０００４】
部品の適切な組み立て、例えば、桁またはリブのような下部構造に空気力学的な（または航空機の）表面またはスキンを取り付けることは、所定の制限内で合わせ面に部品を適合させる必要があり、例えば、合わせ面の間に所定の許容値よりも大きなギャップを残すことはない。空気力学的性能および構造的完全性の理由から、所定の許容値よりも大きいギャップをシムで充填することができる。
【０００５】
シムの必要性、サイズおよび形状を決定するには、部品の製造および非破壊試験に続いて、労働集約的で反復的なプロセスが必要となり得る。部品は一時的に組み立てられてから目視で検査され、スキンと下部構造との間のギャップを測定されることができる。その後、部品を分解し、試作シムを製作することができる。次に、適合度をチェックするために、一時的に適所に固定されたシムで部品を再組み立てすることができる。これは第2の一時的な組み立て動作であり、このような動作はシムの適合度を満たすまで繰り返される必要があるかもしれない。
【０００６】
したがって、シムの寸法を決定するための部品のデジタルモデルと組み合わされた部品の非破壊検査から得られた情報を利用し、生産フローに影響を与え、重要な接触労働を必要とする時間のかかる反復プロセスを必要とせずにそのようなシムを構築する方法およびシステムが必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本開示は、部品間のジョイントで使用されるシムの寸法データのセットを予測するための方法およびシステムを提供し、シムの製造およびシムのジョイント内への設置を含むことができる。いくつかの実施形態では、下部構造にスキンを取り付ける際に使用するシムを作成するための方法が、スキン表面の複数の位置でスキンを非破壊的に検査して、スキンの厚さに関するデータセットを収集することを含むことができる。この方法は、スキンの厚さに関するデータセットを使用して、複数の位置の少なくとも一部に対してスキンについての完成時の厚さ値のセットを計算するステップを含むことができる。この方法は、下部構造の合わせ面とスキンの内面との接合領域を決定するステップをさらに含むことができる。この方法は、スキンの内面の接合領域において、スキンの厚さの公称マップからの完成時の厚さ値の設計許容値よりも大きい偏差のセットを計算することによって、シム寸法データのセットを生成するステップを含むことができる。シム寸法データのセットは、3次元シム外形を画定することができる。この方法によって予測されたシムは、スキンの内面と下部構造との間の接合領域における設計許容値よりも大きい任意のギャップを充填するように構成されることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の1つまたは複数の実施形態は、第1の合わせ面を画定する第1の部品を第2の合わせ面を画定する第2の部品に組み立てる際に使用するシムを作成するためのシステムを含むことができる。システムは、第1の部品に関連する2つの水平寸法および1つの厚さ寸法での第1の公称マップを含む第1のデジタルモデルを使用することができる。システムはまた、第2の部品に関連する2つの水平寸法での第2の公称マップを含む第2のデジタルモデルを使用することができる。システムは、シムについて、第1の部品と第2の部品との合わせ面間の設計許容値よりも大きいギャップを充填するようにカスタマイズされた輪郭およびプロファイルを予測することができる。システムは、第1の部品を検査して第1の部品に関するデータセットを収集するように構成された非破壊検査システムと、非破壊検査システムに接続され、第1の部品に関するデータセットを受け取り、第1の部品の第1の公称マップ、第2の部品の第2の公称マップ、および設計許容値を格納するように構成されたコンピューターと、を含むことができる。コンピューターは、第1の部品に関するデータセットから、第1の部品の少なくとも一部についての完成時の厚さプロファイルを計算するように構成された処理要素を含むことができる。処理要素は、第1の部品の第1の公称マップを第2の部品の第2の公称マップ上に仮想的に重ね合わせて、第1の部品と第2の部品との接合領域を決定するようにさらに構成されることができる。処理要素はまた、第1の部品の公称マップからの第1の部品の完成時の厚さプロファイルの設計許容値より大きい偏差のセットを計算することによって、接合領域におけるシム寸法データのセットを生成するように構成されることができる。
【０００９】
いくつかの実施形態では、スキンを下部構造に取り付ける際に使用するシムを作成するための方法は、スキンに関連付けられたデジタルモデルと、下部構造に関連付けられたデジタルモデルとを使用することができる。スキンのデジタルモデルは、2つの水平寸法および1つの厚さ寸法を含むことができ、下部構造のデジタルモデルは、2つの水平寸法を含むことができる。この方法を、スキンが2つの水平寸法および1つの厚さ寸法での完成時の構造を含む場合に使用することができる。この方法は、2つの水平寸法および1つの厚さ寸法での構造を有するシムを作成するように構成されてもよく、シム構造は、スキンのデジタルモデルからのスキンの完成時の厚さの設計許容値よりも大きい複数の偏差を補償するようにカスタマイズされてもよい。この方法は、スキンを非破壊的に検査してスキンに関するデータセットを収集するステップを含むことができる。この方法は、データセットを使用して、スキンの完成時の構造の厚さ値のセットを計算するステップを含むことができる。各厚さ値を、スキンの水平寸法における一対の座標で画定することができる。この方法は、スキンおよび下部構造のデジタルモデルを関連付けることによって、スキンの下部構造との接合領域を決定するステップを含むことができる。この方法は、スキンの接合領域において、スキンのデジタルモデルからの完成時の厚さ値の設計許容値より大きい偏差についての水平座標対と厚さ値のセットを計算することによって、シムのデジタルモデルを生成するステップを含むことができる。
【００１０】
いくつかの実施形態では、下部構造にスキンを取り付ける際に使用するシムを作成するための方法は、スキンの設計された厚さプロファイルおよび輪郭を含むデジタルモデルを利用することができる。この方法は、下部構造の輪郭を含むデジタルモデルを利用することもできる。この方法は、スキンの完成時の厚さプロファイルを利用することもできる。この方法は、設計された厚さプロファイルのデジタルモデルからの完成時の厚さプロファイルの設計許容値よりも大きい複数の偏差を補償するようにカスタマイズされた輪郭およびプロファイルを有するシムを作成することができる。この方法は、スキンを非破壊的に検査してデータセットを収集するステップを含むことができる。この方法はまた、データセットを使用して、スキンの少なくとも一部の完成時の厚さプロファイルを計算するステップを含むことができる。完成時の厚さプロファイルは、厚さ値のセットを含むことができ、各厚さ値は、スキン上の位置に画定される。この方法はまた、スキンの輪郭のデジタルモデルと下部構造とを関連付けることによって、スキンの下部構造との接合領域を決定するステップを含むことができる。この方法はまた、スキンの接合領域において、設計された厚さプロファイルからの完成時の厚さ値の設計許容値よりも大きい偏差の位置および値のセットを計算することによって、シムの輪郭およびプロファイルのデジタルモデルを生成するステップを含むことができる。この方法はまた、シムのデジタルモデルを使用してシムを構築するステップを含むことができ、このステップは、シムを3Dプリンタで印刷するなどの付加的な製造技術の使用を含むことができる。この方法は、次の別のスキンの製造に使用するための設計された厚さプロファイルからの完成時の厚さプロファイルの偏差の位置および値のセットをデータベースに記録するステップを含むことができる。
【００１１】
いくつかの実施形態では、このシムを作成するための方法を使用することができ、ここで、スキンおよび下部構造はそれぞれ、互いに整列した少なくとも1つの予め形成された組み立て孔を含む。シムのデジタルモデルを生成するステップは、スキンおよび下部構造の予め形成された組み立て孔と整列したシム内の組み立て孔を画定するステップを含むことができる。
【００１２】
いくつかの実施形態では、第1の部品および第2の部品の少なくとも一方が第1の厚さプロファイルを画定する場合、第1の部品を第2の部品に取り付ける際に使用するシムを作製するための方法を使用することができる。この方法は、第1の部品と第2の部品との間の設計許容値よりも大きいギャップを充填するようにカスタマイズされた輪郭およびプロファイルを有するシムを構築するように構成されることができる。この方法は、データセットを収集するために、第1の部品および第2の部品の少なくとも一方を非破壊的に検査するステップを含むことができる。この方法は、データセットを使用して、第1の部品および第2の部品の少なくとも一方の少なくとも一部の完成時の厚さ値のセットを計算するステップを含むことができる。この方法は、第1の部品を第2の部品に仮想的に重ね合わせて、第1の部品の第2の部品との接合領域を決定するステップを含むことができる。この方法は、第1の部品および第2の部品の少なくとも一方の接合領域において、設計された厚さプロファイルからの完成時の厚さプロファイルの設計許容値よりも大きい偏差のセットを計算するステップを含むことができる。この方法は、シムを構築して、輪郭およびプロファイルを接合領域における偏差に一致させるステップを含むことができる。この方法は、第1の部品と第2の部品の両方の偏差のセットを計算するステップを含むことができる。この方法は、追加の第1および第2の部品の次の製造に使用するために、設計された厚さプロファイルからの完成時の厚さプロファイルの偏差のセットをデータベースに記録するステップを含むことができる。
【００１３】
いくつかの実施形態では、第1の部品および第2の部品が、互いに整列した少なくとも1つの予め形成された組み立て孔を含む場合、第1の部品を第2の部品に取り付ける際に使用するシムを作製するためのこの方法を使用することができる。この方法は、シムを構築するステップにおいて、第1の部品および第2の部品の予め形成された組み立て孔と整列したシム内の組み立て孔を形成するステップを含むことができる。
【００１４】
いくつかの実施形態では、スキンが設計された厚さプロファイルと完成時の厚さプロファイルとを含み、下部構造がスキンの接合領域に対応する取り付け面を画定する場合、スキンを下部構造に組み立てるための方法を使用することができる。この方法は、下部構造上にスキンを仮想的に重ね合わせて、スキンと下部構造の取り付け面との接合領域を決定するステップを含むことができる。この方法は、スキンの接合領域において、設計された厚さプロファイルからの完成時の厚さプロファイルの設計許容値より大きい偏差のセットを計算するステップを含むことができる。この方法は、スキンの接合領域における偏差のセットと一致する輪郭およびプロファイルとを有するシムを構築するステップを含むことができる。この方法は、スキンと下部構造との間にシムを設置してスキンを下部構造に組み立てるステップを含むことができる。この方法を、スキンおよび下部構造の各々が、互いに整列した少なくとも1つの予め形成された組み立て孔を含む場合に使用することができる。この方法は、シムを構築するステップにおいて、スキンおよび下部構造の予め形成された組み立て孔と整列したシムに組み立て孔を形成するステップを含むことができる。この方法は、次の別のスキンの製造に使用するために、設計された厚さプロファイルからの完成時の厚さプロファイルの偏差のセットをデータベースに記録するステップを含むことができる。この方法は、例えばパルスエコー試験または透過試験によって超音波でスキンを検査して、スキンの完成時の厚さプロファイルを決定するステップを含むことができる。この方法は、下部構造上にスキンを仮想的に重ね合わせて、スキンと下部構造との接合領域を決定するステップが、スキンの完成時の厚さを計算するステップに先行することを含むことができる。この方法は、スキンの完成時の厚さがスキンの接合領域においてのみ計算されることを含むことができる。
【００１５】
特徴、機能、および利点を、本開示のさまざまな実施形態において独立して達成することができ、または、さらに別の実施形態で組み合わせることが可能であり、そのさらなる詳細が以下の説明および図面を参照して理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】下部構造と合わさったスキンの断面図であり、スキンの内側の合わせ面と下部構造の上方の合わせ面との間にギャップを残す、スキンの厚さプロファイルにおける偏差のセットを示している。
【図２】図1の部品間のギャップを充填するための輪郭およびプロファイルを有するシムの断面図である。
【図３】部品の非破壊検査のための超音波システムの概略図であり、部品を超音波のスルー伝送によってプロービングするための、超音波送信機を部品の一方の側に示し、超音波受信機を部品の対向側に示している。
【図４】部品の非破壊検査のための超音波システムの概略図であり、部品をパルスエコー分析によってプロービングするための、部品の同じ側に配置された超音波送信機および受信機を示している。
【図５】超音波検査システムの斜視図であり、検査に関連して移動のためにガントリ上に取り付けられた検査中の部品としての航空機表面すなわちスキン、特に航空機のフラップを示し、また、アコーディオンエンクロージャを有する延伸可能なアームと、部品を検査するための水ノズルおよび超音波トランスデューサを備えたエンドエフェクタとを示し、パルスエコーシステム、または検査中の部品の背後の対応するアーム（見えない）と組み合わせて、スルー伝送システムを表している。
【図６】本開示の一実施形態によるシムを予測および構築するためのシステムのブロック図であり、図5の航空機表面などの部品または構成要素のモデルを格納するコンピューターシステムと、非破壊検査を受けた部品または構成要素に関するデータセットと、図3、図4、または図5の超音波装置のような非破壊検査システムと、3Dプリンタのような付加的な製造システムとが含まれている。
【図７】図5の航空機表面の検査結果を示す平面図であり、航空機表面の水平寸法にわたって分布する航空機表面の完成時の厚さ値のセットをクロスハッチングおよび点描で異なって示している。
【図８】図5の航空機表面のデジタルモデルの平面図であり、航空機表面の設計された厚さプロファイルの公称マップを、航空機表面の水平寸法または輪郭にわたって示しており、この場合、設計された厚さプロファイルは航空機表面の水平寸法にわたって一定であり、水平輪郭は航空機座標に胴体ステーション（FS）および突合せライン（BL）で示されている。
【図９】航空機表面の公称マップのデジタルモデルに航空機表面の完成時の厚さ値がどのようにして仮想的に重なり合うことができるかを示す平面図である。
【図１０】航空機表面の公称マップのデジタルモデル上に仮想的に重ね合わされた航空機表面の完成時の厚さ値を航空機座標で示す平面図であり、航空機表面が取り付けられる下部構造の輪郭のデジタルモデルが、組み合わされた完成時の厚さ値および航空機表面のデジタルモデルにどのように仮想的に重なり合うことができるかを示している。
【図１１】航空機表面の完成時の厚さと公称マップのデジタルモデルとの仮想的な重なり合いを示す平面図であり、航空機表面が取り付けられる下部構造の輪郭のデジタルモデルが、組み合わされた完成時の厚さ値および航空機表面のデジタルモデルにどのように仮想的に重なり合うことができるかを示している。
【図１２】航空機表面の厚さの公称マップからの完成時の厚さ値の偏差のセットを計算するための図9〜図11の仮想的な重なり合いの変換を示す等角図である。
【図１３】航空機表面および下部構造の接合領域における、航空機表面の厚さの公称マップからの完成時の厚さ値の設計許容値より大きい偏差のセットの計算を示す等角図である。
【図１４】付加的な製造によって構築され、本開示によるスキンと下部構造との間に設置された一対のシムの断面図である。
【図１５】本開示の1つまたは複数の実施形態において実行される動作の説明図であり、スキンおよび下部構造の接合領域を実質的に決定するステップが、公称厚さ値からの完成時の厚さ値の偏差のセットを計算するステップの前に実行され、偏差のセットを計算するステップは接合領域内でのみ実行されることを示している。
【図１６】本開示の1つまたは複数の実施形態において実行される動作の説明図であり、スキンおよび下部構造の接合領域を実質的に決定するステップが、公称厚さ値からの完成時の厚さ値の偏差のセットを計算するステップの後に実行され、偏差のセットを計算するステップはスキン輪郭の全体に対して実行されることを示している。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
非破壊検査からのデータを使用してシムのサイズおよび形状を予測するための方法およびシステムのさまざまな実施形態が、以下に説明され、関連する図面に示される。別段の指定がない限り、方法およびシステムおよび／またはそれらのさまざまな構成要素は、本明細書に記載され、図示され、および／または組み込まれた構造、構成要素、機能および／または変形の少なくとも1つを含むことができるが、必須ではない。さらに、本教示に関連して本明細書に記載され、図示され、および／または組み込まれた構造、構成要素、機能、および／または変形は、予測されるシムを構築するためのものなどの他の類似の実施形態に含まれてもよいが、必須ではない。以下のさまざまな実施形態の説明は、本質的に単なる例示に過ぎず、本開示、その用途、または使用を限定するものでは決してない。さらに、以下に説明する実施形態によって提供される利点は、本質的に例示的であり、すべての実施形態が同じ利点または同じ程度の利点を提供するわけではない。
【００１８】
本開示の実施形態は、シムの位置、外形、および寸法を推定するために、スキンを下部構造に予め組み立てるなど、部品を予め組み立てる必要性を排除し、1つまたは複数のギャップ条件を手動で測定することができる。本開示の実施形態は、データ収集プロセスを自動化して、必要なシムの位置、形状、およびサイズを決定することを目的とし、必要なすべてのデータを自動シム製造システムに自動的に配信することができる。本開示の実施形態は、組み立て作業の前に製造され、設置される必要なシムを用いてシミング要件を確立することを可能にすることができる。期待される結果は、クリティカルパスの組み立て作業からかなりの労働コストとサイクルタイムを効果的に低減することである。本開示の実施形態は、改善された効率および品質、ならびにより反復可能なプロセスのためのプロセス能力決定をサポートするために自動化された統計的プロセス制御（SPC）データ収集および解析を提供することができる。本開示の実施形態は、特にデータ解析が設計および製造プロセスの変更によって軽減され得る再現性を示す場合、シミング要件を低減することができる。本開示の実施形態は、Full Size to Full Size Determinate AssemblyおよびPrecision Assembly（FSDA／PA）をサポートすることができ、これにより、最終的な設計条件に組み込まれたすべての孔部で、細部部品、下部構造、およびスキンを完成させることができる。これにより、次に、アセンブリに掘削作業を行わずに組み立てを行うことができ、組み立て作業からかなりの労働コストとサイクルタイムをさらに削減し、不適合を減らし、職場の記録可能な傷害および作業日の喪失の主要な原因を排除する。本開示の実施形態は、実質的なコスト節約を伴って、1つまたは複数の一時的な組み立て作業を排除する可能性を有する。
【００１９】
図1は、組み立てのために整列された2つの構成要素または部品と、2つの部品の間のギャップを示し、図2は、ギャップを充填するためのシムを示している。より具体的には、航空機表面すなわちスキン20などの第1の構成要素または部品は、内面22および外面24を画定する。典型的には、内面22および外面24は、互いに実質的に平行である。スキン20は、表面22と表面24との間の厚さ26を画定し、これは表面領域にわたって値が変化し得る。厚さ26は、表面の少なくとも1つに垂直な方向に、表面が実質的に平行である場合には、両方の表面に垂直な方向に、画定される。スキン20は、図1において、例えば構造上の桁またはリブであり得る下部構造28などの第2の部品と整列している。下部構造28は、上側合わせ面30を含んでいる。スキン20の内面22を、下部構造28の上側合わせ面30に受けることができる。
【００２０】
例えば、設計された厚さプロファイルからの領域内で逸脱したスキンの完成時の厚さ寸法またはプロファイルに起因する、部品の構造の変形の1つまたは複数の理由により、表面22と表面30との間にギャップ32が存在し得る。ギャップ32は、矢印34a〜34fの異なる高さによって示されるように、領域にわたって変化することができる。図1の断面図は、設計された厚さプロファイルからの第1の寸法に沿った完成時の厚さプロファイルの偏差のセットを示し、偏差のセットはまた第2の寸法に沿って分布し、この2つの寸法の偏差がギャップの領域の輪郭を画定する。図1のギャップ32は、このような厚さの偏差を有する1つの部品から生じるものとして示されており、部品構造における他の変形は、ギャップを生じ得る。
【００２１】
ギャップを充填するためのシム36が図2に示されており、このシム36は、通常、工学的設計許容値40（図1）に対応する最小の厚さ38を有する。例えば、航空機表面を下部構造に接合するための工学的要求は、典型的には、空気力学的および構造的考察に応じて、約0．005’’〜0．008’’の設計許容値を規定し、設計許容値よりも大きい偏差は、ギャップのシミングを必要とすることがある。設計許容値の範囲は、組み立てられる部品のサイズおよび形状によっても異なるため、設計許容値は、例示範囲の何倍も大きくても小さくてもよい。一般に、ギャップの設計許容値は、1つの部品の厚さに対する設計公差に対応し、シムを、設計公差よりも大きい部品の厚さの偏差に対応する寸法および形状にすることができる。部品構造の他の変形が実質的な方法で両方の部品のギャップまたは厚さの偏差を生じる場合、厚さの偏差とシムのサイズおよび形状との間の関係はより複雑になり得る。
【００２２】
シム36は、実質的にギャップ32を充填するように構成されたプロファイル42および輪郭44を有する。例えば、図2の輪郭44の1つの寸法に沿って見たように、シム36は、一般にくさび形のプロファイルを有し、左縁部48の最小の厚さから厚さ値46a〜46fを通って右縁部50まで増加し、一般に設計された厚さのプロファイルからのスキン20の完成時の厚さの偏差に関するギャップ32の異なる高さ34a〜34fに対応している。シムの輪郭は、合わせ面の一方または両方の面と略同一平面上の平面内で2次元である。輪郭44の第2の寸法（図2には示されていない）は、縁部48，50に沿っている。
【００２３】
図2に示すように、シム36の縁部48，50は、下部構造28の一対の縁部52，54に対応し、シム36は、2つの部品の間のギャップを充填するための輪郭を有し、それらの表面は合わさり、典型的にはそれ以上には延在しない。代替的には、シム36は、特定の用途に最も適している場合に、合わせ面を越えて延在する輪郭を有することができる。シム36は、スキン20の内面22と合わさるための上面56と、下部構造28の上面30と合わさるための下面58とを含む。
【００２４】
シム36のプロファイル42は、図2の例に示されているように、ギャップ32の形状に対応するため、単純なくさび形状を有する。一般に、シムプロファイルは、ギャップの任意の形状に対してこのようなギャップを充填するように構成される。例えば、シムは、スキンの設計された厚さプロファイルからのスキンの完成時の厚さの設計許容値よりも大きい偏差を補償するようにカスタマイズされた、2つの水平寸法および1つの厚さ寸法での構造を有してもよい。以下に説明するように、そのようなシム構造はくさび形状よりも複雑であり得る。
【００２５】
上記のように、部品の品質を特徴付けるための非破壊検査、例えば、空隙率や層間剥離のチェックが、組み立て前の部品に対して要求され実行されることがある。超音波分析は、非破壊検査の一例である。超音波システムは、そのような検査においてデータを収集するために、パルスエコーまたはスルー伝送技術を使用することができる。典型的には、パルスエコーの場合、検査システムのアームは、図3に示すように、水ノズルを保持するエンドエフェクタ60と、送信機能と受信機能を組み合わせた超音波トランスデューサとを有する。エンドエフェクタ60は、検査される部品の表面上を移動することができ、および／または部品自体が移動することができる。水ノズルは、超音波信号62をトランスデューサから部品20に運ぶ水流を提供する。超音波は、いずれかの表面、例えば表面24で部品20に入り、部品20を通って進み、反対の表面、例えば部品の表面22から跳ね返って送信トランスデューサに戻る。同様に、図4に示すように、スルー伝送超音波システムは一対のエンドエフェクタ64，66を含むことができ、一方は超音波信号68の送信に関与し、他方は超音波信号68を受信する。典型的には、各エンドエフェクタは、表面の少なくとも1つに対して垂直な方向に、表面が実質的に平行である場合には、両方の表面に垂直な方向に、超音波を送信および／または受信するように配置される。
【００２６】
典型的には、検査中の材料の音速、ならびに隣接する部品表面からの各送信機／受信機の間隔が分かっている。超音波システムは、例えばAスキャントレースをゲーティングすることによって、超音波信号が部品を通過するのにかかる時間を測定することができる。システムは、一般に、2つの水平寸法の座標対によって画定される位置についての各測定値を作成し、記録し、この位置は両方の部品表面上で同じである。このデータから、超音波システムまたは接続されたコンピューターは、システムが1つまたは複数のエンドエフェクタを動かす各位置での材料の厚さ（速度×時間＝距離）を計算することができる。例えば、検査は一連の走査パスを含むことができ、各走査パスは超音波データのラインを生成する。一連の走査パスを、部品の2次元領域上の位置のセットで部品の厚さ値の全体像に組み込むことができる。
【００２７】
超音波検査システム70の一例が図5に示されており、ここでは、部品20、この場合は航空機フラップがガントリ72に取り付けられるため、検査との関連で移動可能である。アーム74は、上下方向および左右方向の寸法で移動可能であり、アーム74の延伸部を部品20の表面24に近づけたり、そこから遠ざけたりするのを容易にするアコーディオンエンクロージャ76を含むことができる。エンドエフェクタ64は、表面24（または表面22）に水の流れを提供するための水ノズル78を含むことができる。エンドエフェクタ64は、部品の検査のための水流を介して超音波信号を提供するための超音波トランスミッタを含むことができる。スルー伝送システムでは、超音波受信機を備えたエンドエフェクタ66を、アーム74に対応するアーム（図5の検査対象部品の後ろで見えない）に取り付けることができる。あるいは、アーム74は、パルスエコー分析によって部品を検査するための超音波トランスデューサを取り付けることができる。
【００２８】
図3〜図5に見られるように、超音波検査システムは、非破壊検査部品20が部品20に関するデータセット100（図6参照）を収集することを可能にする。データセット100は、厚さ寸法に関する音波の移動時間のような、2つの水平寸法80，82における部品20の完成時の構造に関する情報を含むことができる。厚さ寸法は、典型的には、水平寸法80，82に直交するものとして画定される。音波の移動時間および関連情報（材料の密度および構造または材料内の音速に関する他の情報など）を使用して、部品20の完成時の構造について厚さ値のセットを計算することができる。各厚さ値を、1つの位置、例えば、部品20の水平寸法80，82の一対の座標で画定することができる。
【００２９】
図5にさらに示されるように、検査システムのガントリ72は、検査の測定値を完成時の構造に関連付けるのを助けるために、さまざまな位置決めおよびアライメントツール84a〜84cを含むことができる。部品の完成時の構造はまた、1つまたは複数のアライメントインジケータ86を含むことができ、アライメントインジケータ86の各々は、アライメントのためのマークおよび／または組み立て孔の将来位置のためのマークであってもよく、予め形成された（元の構造のまたは予め穿孔された）組み立て孔であってもよい。典型的には、アライメントインジケータ86は、部品の設計のために確立された位置に対応する部品上の既知の測定位置に配置される。検査システムは、アライメントインジケータのうちの1つまたは複数を使用して、完成時の構造の測定値を部品の設計に関連付けることができる。
【００３０】
部品20を検査し、部品20を別の部品に組み立てる際に使用するためのシム36を予測して製造するためのシステム102が、図6に示されている。システム102は、超音波システム70のような非破壊検査装置を含むことができる。このような装置を、超音波信号62または68を部品20に印加し、超音波測定値からコンピューターシステム106にデータ104を通信するように構成することができる。図6は、超音波システム70とは別個のコンピューターシステム106を示しており、代わりにコンピューターシステムの1つまたは複数の部分または全体を超音波システム70に組み込むことができる。検査からのデータ処理の他の分割ならびにシムの予測および製造は、本開示の実施形態の特定の用途に最も適して実施されてもよい。
【００３１】
コンピューターシステム106は、スキン20の非破壊検査からの1つまたは複数のデータセット100を格納することができる。コンピューターシステム106はまた、スキン20および下部構造28などの部品のデジタルモデル108を格納することができる。モデル108は、スキン20および／または下部構造28を設計するために使用される別個のCADシステムから、または別の供給源から供給されてもよく、コンピューターシステム106は、そのような部品を設計するために使用されるCADシステムを組み込んでもよい。
【００３２】
スキン20などの部品のデジタルモデル108は、2つの水平寸法および1つの厚さ寸法でのスキンの公称マップを含むデジタルモデルを含むことができる。下部構造28などの部品のデジタルモデル108は、2つの水平寸法および1つの厚さまたは高さ寸法での下部構造の公称マップを含むことができる。コンピューターシステム106は、シム36のサイズおよび形状を予測するための非破壊検査からのデジタルモデルおよびデータセットを利用することができる1つまたは複数の処理要素110を含むことができる。シム予測のためのデジタルモデル、検査データセット、およびデータ処理に関するさらなる詳細は、以下の図8〜図13に関連して論じられる。
【００３３】
図6にさらに示すように、コンピューターシステム106は、3Dプリンタなどの付加的な製造装置112および／または数値制御（NC）プログラムによる機械加工などによるシム構成の他の手段などの、シム36の装置と通信することができる。例えば、コンピューターシステム106は、シム36のためのデジタルモデル114を生成することができる。コンピューターシステム106はまた、3Dプリンタまたは他の装置がシムのデジタルモデルを使用してシムを構築する場合、付加的な製造装置112にモデル114を送ることができる。
【００３４】
シム36のモデル114は、シム36の水平座標対および厚さ値のセットを含むことができる。一般に、このような厚さ値は、スキンのデジタルモデルからのスキンの完成時の厚さ値の偏差34に対応する。典型的には、このような厚さ値は、設計許容値40より大きい値のみを含む。シム36のモデル114はまた、3次元で画定されたシム外形またはシム寸法データを含むことができ、いずれの場合にも、スキンの厚さの公称マップからの完成時の厚さ値の偏差34のセット（典型的には設計公差より大きい）に対応している。モデル114はまた、シム36の輪郭44およびプロファイル42を含むことができ、スキンの設計された厚さプロファイルからのスキンの完成時の厚さ値の偏差（典型的には設計公差より大きい）の位置および値のセットを含むことができる。シム36のモデル114についての前述の場合のいずれにおいても、モデル114は、シム36の構築中に形成され、スキンおよび下部構造の一方または両方の予め形成された組み立て孔と位置合わせされる組み立て孔（図14参照）の規定を含むことができる。
【００３５】
図7は、特定の例では複合材料で形成されたスキン20の超音波走査118を示している。複合材料のスキンを形成するプロセスは、スキンの厚さに変形を生じさせる可能性がある。部品を形成する他の方法も、厚さの変形をもたらす可能性がある。スキン20の2次元領域にわたる超音波走査118によって見いだされるさまざまな厚さ値が図7に示されており、空白スペース120は最小の厚さの領域を表し、点描領域122は、中程度の厚さの領域を表し、ライン124は最大の厚さの領域を表している。
【００３６】
図7は、2つの水平寸法および1つの厚さ寸法でのスキン20の完成時の厚さ構造のプロファイルを表し、2つの水平寸法で複数の位置にわたるスキン20の厚さ値を表示している。この表現は、例示目的で単純化されており、通常、非破壊検査は、完成時の厚さ値および水平寸法の位置座標の正確で高分解能（例えば、0．0001インチまで）の測定値を生成する。部品の完成時の構造の超音波検査は、シムを予測し構築するための他の部品検査方法（手動および自動の両方）よりも有利であると考えられ、これは、超音波検査の結果の精度の程度に起因する可能性がある。そのような検査による、設計された厚さプロファイルからの完成時の厚さプロファイルの偏差のセットのような結果は、次の別のスキンの製造に使用するためにデータベースに記録されてもよい。この結果は、例えば製造時のばらつきの傾向を特定して、設計された構造からの完成時の構造の偏差を低減するための生産変数の調整を可能にするなど、製造組み立てプロセス能力を確立し、制御する目的で有用であり得る。
【００３７】
スキン20の設計された厚さプロファイルの公称マップを示す、スキン20のデジタルモデル108aの表現が図8に示されている。この場合、設計された厚さプロファイルは、スキンの水平寸法にわたって一定の厚さ値であり、点や線のない領域126によって示されている。スキン20のデジタルモデル108aは、水平位置を特定するための1つまたは複数の座標系、例えば、図6に示す寸法80，82を使用するような部品固有の座標系、または、図8に示す航空機座の標胴体ステーション（FS）およびバットライン（BL）を使用するような航空機固有の座標系を含むことができる。一般に、各座標系は、その座標系を他の座標系と位置合わせして同期させるための1つまたは複数の基準位置を含む。
【００３８】
図9には、スキン20の公称マップのデジタルモデル108a上に、スキン20の完成時の厚さ値の超音波走査118を仮想的に重ね合わせる例が示されている。コンピューターシステム106は、すべて自動化された方法で、このような仮想的な重ね合わせを実行し、シムを潜在的に必要とする可能性のある領域を予測し、そのような1つまたは複数のシムを製造することができる。あるいは、オペレータは、完成時の厚さプロファイルの表示にグラフィックインタフェースを使用して、ポテンシャルシミングのための領域を手動で選択することができる。グラフィックインタフェースはまた、ポテンシャルシミングのための領域を選択するのを助けるために、スキンのデジタルモデルおよび／または下部構造のデジタルモデルおよび／または完成時の下部構造の表現上に完成時の厚さプロファイルを重ね合わせることができる。
【００３９】
下部構造28は、同様に、例えば超音波のような非破壊プロセスによって検査され、それにより、下部構造28の完成時の構造に関する情報を収集することができる。完成時の構造についての情報は、下部構造のデジタルモデルと比較され、単独で、またはスキンと下部構造との間のジョイントのためのシムを予測し製造するためのスキンの完成時の構造に関する情報と組み合わせて使用されてもよい。
【００４０】
図9の矢印130は、完成時の厚さプロファイルの座標系が、設計された厚さプロファイルのデジタルモデルとの位置合わせおよび同期をどのように必要とし得るかを表している。例えば、完成時の部品の走査からの座標は、その走査に固有の座標系にあってもよく、走査された部品のタイプに固有であってもよい。そのような座標系の情報は、部品のデジタルモデルに特定の座標系に変換される必要があるかもしれない。このようなデジタルモデルは、例えば航空機座標であってもよく、走査座標との位置合わせおよび同期が必要な場合がある。典型的には、超音波走査上の各点は、対応する航空機座標にマッピングできる座標対によって画定される。
【００４１】
図10に示す合成マップ140は、完成時の厚さプロファイルをスキンの公称マップのデジタルモデル上に仮想的に重ね合わせた結果である。合成マップ140は、スキン20が組み立てられる下部構造28のデジタルモデル108bを位置合わせして同期させる次のステップ（図10にも示される）において有用であり得る航空機座標FS、BLを含むことができる。下部構造28のデジタルモデル108bは、航空機座標にあってもよく、合成マップ140上に実質的に重ね合わされることを容易にする。あるいは、デジタルモデル108bが異なる座標系にある場合、デジタルモデル108bを合成マップ140に位置合わせし同期させるために、変換プロセスが必要な場合がある。いずれにしても、矢印142は、特定の用途に必要とされ得るような位置合わせおよび同期を伴うこの仮想的な重なり合いを示している。
【００４２】
図11に示す仮想アセンブリマップ150は、（スキン20のモデル上の完成時のスキン構造の）合成マップ140上に下部構造28のデジタルモデル108bを仮想的に重ね合わせた結果である。仮想アセンブリマップ150は、航空機座標を含むことができ、または仮想的な重ね合わせのためのマップ150の構成要素を位置合わせして同期させるのに最も適した別の座標系を使用することができる。
【００４３】
図10および図11に示されるデジタルモデル108bは、下部構造28の上面30（図1）がスキン20と接触し、スキン20に組み立てられるように意図され得る場合の、下部構造28の1つまたは複数の接合領域138を表している。1つまたは複数の接合領域138は、下部構造28の上面30上の複数の別個の領域であってもよく、または実質的にすべての上面30であってもよい。典型的には、1つまたは複数の接合領域138である上面30の1つまたは複数の部分は、デジタルモデル108bにおいてそのように識別される。
【００４４】
図12は、スキンおよび下部構造の輪郭のデジタルモデルを関連付けることによって、下部構造28を有するスキン20の1つまたは複数の接合領域160を決定することができる方法を示している。上述したように、下部構造28の1つまたは複数の接合領域138は、仮想アセンブリマップ150にスキン20の完成時のものと設計されたものとで合成されたマップ140を用いて接合領域138を位置合わせして同期させることにより、スキン20のデジタルモデル108aに関連付けられている。
【００４５】
スキン20の1つまたは複数の接合領域160が決定されると、コンピューターシステム106は、スキン20の1つまたは複数の接合領域160において、設計された厚さプロファイルからの完成時の厚さ値の偏差の位置および値のセットを計算することによって、シム36の輪郭およびプロファイルのデジタルモデル114を生成することができる。あるいは、コンピューターシステム106は、1つまたは複数の接合領域160の決定に先立って設計された厚さプロファイルからの完成時の厚さ値の偏差の位置および値のセットを計算することができる。この代替の場合には、典型的には、1つまたは複数の接合領域160の決定がなされるか、またはポテンシャルシミングのための領域が別途決定され、シム36のデジタルモデル114がそのような1つまたは複数の領域に対してのみ生成される。図15および図16参照。
【００４６】
図12はまた、走査118における完成時の厚さ値が反転されて、部品20および部品28の機械的結合をシミュレートすることができることを、矢印170で示している。このような反転により、図13に示すように、シム36のデジタルモデル114で使用され得る設計公差よりも大きな偏差34のセットを容易に計算することができる。上述したように、シム36のモデル114についてのこのような偏差34の計算は、自動的に実行されてもよく、またはオペレータが公称マップからの偏差の視覚化を使用して、場合によっては、スキンの下部構造との合わせ面に対応する領域にわたるポテンシャルシミングを解析してもよい。例えば、オペレータは、シムのプロファイルを得るために、1つまたは複数の接合領域にわたってさまざまなスライスを取ることができる。いずれの場合でも、上述のように、シムのプロファイルが分かると、シムのモデル114を作成し、機械加工のためのNCプログラム、または3D印刷のための付加的な製造設備にエクスポートすることができる。
【００４７】
図14に示すように、アセンブリ180は、スキン20の内面22から下部構造28の上面30にかけて、シム36a、36bを含むことができる。アセンブリ180は、スキン20に予め形成された孔部182、下部構造28に予め形成された孔部184、およびシム36b内に予め形成された孔部186を含むことができる。1つまたは複数の締結具188が、孔部182，184および孔部の類似のセットで部品を一緒に固定することができる。典型的には、スキンおよび下部構造における予め形成された孔部182および184は、高精度で位置合わせされなければならない。シム36の孔部186は、スキンの厚さの偏差の超音波検査による高精度の位置と、シム36bの孔部186の次の位置での、スキンと下部構造の両方に共通の航空機座標系のような座標系におけるそのような位置を特定する能力とに起因して、対応する程度の精度で予め形成されてもよい。
【００４８】
図15は、下部構造28とスキン20との間のギャップ32を充填するためにシム36の位置、輪郭、およびプロファイルを予測するために実行される一連の動作202を示すフローチャートである。動作202は、スキンおよび下部構造のための設計のデジタルモデルを提供するステップ204を含むことができる。動作202は、スキンを製造し、スキンの完成時の厚さ値を決定するステップ206を含むことができる。動作202は、スキンおよび下部構造の接合領域138，160を決定するステップ208を含むことができる。動作202は、接合領域において、スキンのデジタルモデルからのスキンの完成時の厚さの偏差のセットを計算するステップ210を含むことができる。動作202は、工学的設計許容値より大きい偏差のセットに対応するシムのデジタルモデルを生成するステップ212を含むことができる。動作202は、デジタルモデルからシムを製造するステップ214を含むことができる。図15によって表される1つまたは複数の実施形態では、下部構造28およびスキン20の接合領域138，160を仮想的に決定するステップは、スキンの公称厚さ値からのスキンの完成時の厚さ値の偏差のセットを計算するステップの前に実行される。接合領域138，160を決定した後、接合領域内でのみ偏差のセットを計算するステップを実行することができる。シム36のデジタルモデル114の生成を、偏差を使用して達成することができる。
【００４９】
図16は、下部構造28とスキン20との間のギャップ32を充填するためにシム36の位置、輪郭、およびプロファイルを予測するために実行される一連の動作220を示すフローチャートである。動作220は、スキンの設計のデジタルモデルを提供するステップ222を含むことができる。動作220は、スキンを製造し、スキンの完成時の厚さ値を決定するステップ224を含むことができる。動作220は、スキンのデジタルモデルからのスキンの完成時の厚さの偏差のセットを計算するステップ226を含むことができる。動作220は、例えば、下部構造の設計のデジタルモデルを提供し、スキンおよび下部構造の接合領域138，160を決定することによって、ポテンシャルシミング領域を決定するステップ228を含むことができる。動作220は、工学的設計許容値より大きいポテンシャルシミング領域における偏差のセットに対応するシムのデジタルモデルを生成するステップ230を含むことができる。動作220は、デジタルモデルからシムを製造するステップ232を含むことができる。図16によって表される1つまたは複数の実施形態では、スキンの公称厚さ値からのスキンの完成時の厚さ値の偏差のセットを計算するステップが、接合領域138，160についての情報を利用する前に形成されるか、接合領域138，160についての情報を利用せずに形成される。スキンおよび下部構造の接合領域138，160を仮想的に決定するステップは、偏差のセットの計算するステップの後に実行されてもよい。典型的には、図16による偏差のセットを計算するステップは、スキンの輪郭の全体に対して実行される。図16の実施形態では、接合領域138，160の決定を行うことができ、あるいはポテンシャルシミングのための領域を別途決定することができ、シム36のデジタルモデル114はそのような1つまたは複数の領域に対してのみ生成される。
【００５０】
ジョイントの予測シミングのためのシステムおよび方法に関する本開示の1つまたは複数の実施形態の態様は、コンピューター方法、コンピューターシステム、またはコンピュータープログラム製品として実現されてもよい。したがって、ジョイントの予測シミングのためのシステムおよび方法に関する本開示の1つまたは複数の実施形態の態様は、完全にハードウェアの実施形態、完全にソフトウェアの実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む）、またはソフトウェアおよびハードウェアの態様を組み合わせた実施形態（これらはすべて、本明細書では一般に「回路」、「モジュール」、または「システム」と呼ばれることがある）の形態をとることができる。さらに、ジョイントの予測シミングのためのシステムおよび方法に関する本開示の1つまたは複数の実施形態の態様は、コンピューター可読プログラムコード／組み込まれた命令を有するコンピューター可読媒体で実現されるコンピュータープログラム製品の形態をとることができる。
【００５１】
コンピューター可読媒体の任意の組合せを利用することができる。コンピューター可読媒体は、コンピューター可読信号媒体および／またはコンピューター可読記憶媒体であってもよい。コンピューター可読記憶媒体は、電子、磁気、光学、電磁気、赤外線、および／または半導体の、システム、装置、またはデバイス、またはこれらの任意の適切な組合せを含むことができる。コンピューター可読記憶媒体のより具体的な例は、1つまたは複数の配線を有する電気的接続、ポータブルコンピューターディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（RAM）、読み出し専用メモリ（ROM）、消去可能なプログラマブル読み出し専用メモリ（EPROMまたはフラッシュメモリ）、光ファイバ、ポータブルコンパクトディスク読み出し専用メモリ（CD−ROM）、光学記憶装置、磁気記憶装置、および／またはこれらの任意の適切な組合せなどを含むことができる。本開示の文脈において、コンピューター可読記憶媒体は、命令実行システム、装置、もしくはデバイスによって使用されるか、または命令実行システム、装置、もしくはデバイスに関連するプログラムを含むかまたは格納することができる任意の適切な有形媒体を含むことができる。
【００５２】
コンピューター可読信号媒体は、例えば、ベースバンド内に、または搬送波の一部として組み込まれる、コンピューター可読プログラムコードを有する伝播データ信号を含むことができる。このような伝播信号は、電磁気、光学、および／またはこれらの任意の適切な組合せを含むが、これらに限定されないさまざまな形態のいずれかをとることができる。コンピューター可読信号媒体は、コンピューター可読記憶媒体ではなく、命令実行システム、装置、もしくはデバイスによって使用されるか、または命令実行システム、装置、もしくはデバイスに関連するプログラムを通信、伝播、または転送することができる任意のコンピューター可読媒体を含むことができる。
【００５３】
コンピューター可読媒体に組み込まれるプログラムコードは、無線、有線、光ファイバケーブル、無線周波数（RF）など、および／またはこれらの任意の適切な組合せを含むが、これらに限定されない任意の適切な媒体を使用して送信され得る。
【００５４】
ジョイントの予測シミングのためのシステムおよび方法に関する本開示の1つまたは複数の実施形態の態様の動作を実行するためのコンピュータープログラムコードは、Java（登録商標）、Smalltalk、C＋＋などのオブジェクト指向プログラミング言語、およびCプログラミング言語のような従来の手続き型プログラミング言語を含むプログラミング言語の1つまたは任意の組合せで記述され得る。プログラムコードは、完全にユーザのコンピューター上で、一部はユーザのコンピューター上で、スタンドアロンのソフトウェアパッケージとして、一部はユーザのコンピューター上かつ一部はリモートコンピューター上で、または完全にリモートコンピューターもしくはサーバ上で実行され得る。後者のシナリオでは、リモートコンピューターは、ローカルエリアネットワーク（LAN）またはワイドエリアネットワーク（WAN）を含む任意のタイプのネットワークを介してユーザのコンピューターに接続されてもよく、および／または外部コンピューターに接続されてもよい（例えば、インターネットサービスプロバイダを使用するインターネットを介して）。
【００５５】
ジョイントの予測シミングのためのシステムおよび方法に関する本開示の1つまたは複数の実施形態の態様は、方法、装置、システム、および／またはコンピュータープログラム製品のフローチャート図および／またはブロック図を参照して上述されている。フローチャートおよび／またはブロック図における各ブロックおよび／またはブロックの組合せを、コンピュータープログラム命令によって実施することができる。コンピュータープログラム命令は、汎用コンピューター、専用コンピューター、または他のプログラマブルデータ処理装置のプロセッサに提供されて、マシンを製造することができ、コンピューターまたは他のプログラマブルデータ処理装置のプロセッサを介して実行される命令は、フローチャートおよび／またはブロック図の1つまたは複数のブロックで指定された機能／動作を実施するための手段を作成する。
【００５６】
これらのコンピュータープログラム命令を、コンピューター、他のプログラマブルデータ処理装置、および／または他のデバイスを特定の方法で機能させることができるコンピューター可読媒体に格納することも可能であり、コンピューター可読媒体に格納された命令は、フローチャートおよび／またはブロック図の1つまたは複数のブロックで指定された機能／動作を実施する命令を含む製造品を製造する。
【００５７】
コンピュータープログラム命令を、コンピューター、他のプログラマブルデータ処理装置、および／または他のデバイスにロードして、一連の動作ステップをデバイス上で実行させて、コンピューター実装プロセスを生成することも可能であり、コンピューターまたは他のプログラマブル装置で実行される命令は、フローチャートおよび／またはブロック図の1つまたは複数のブロックで指定された機能／動作を実施するためのプロセスを提供する。
【００５８】
図面の任意のフローチャートおよび／またはブロック図は、ジョイントの予測シミングのためのシステムおよび方法に関する本開示の1つまたは複数の実施形態の態様によるシステム、方法、およびコンピュータープログラム製品の可能な実装形態のアーキテクチャ、機能、および／または動作を説明することを意図している。これに関して、各ブロックは、特定の1つまたは複数の論理機能を実装するための1つまたは複数の実行可能命令を含むモジュール、セグメント、またはコードの一部を表すことができる。いくつかの実装形態では、ブロックに記載されている機能は、図面に記載された順序から外れることがある。例えば、連続して示される2つのブロックが、実際には実質的に同時に実行されてもよく、またはそのブロックが、該当する機能に応じて逆順に実行される場合があってもよい。各ブロックおよび／またはブロックの組合せは、特定の機能または動作を実行する専用ハードウェアベースのシステム（または専用ハードウェアとコンピューター命令の組合せ）によって実施されてもよい。
【００５９】
本開示の一実施形態は、スキンを下部構造に取り付ける際に使用するシムを作成するための方法を含むことができ、スキンは2つの水平寸法および1つの厚さ寸法でのスキンのデジタルモデルに関連付けられ、下部構造は2つの水平寸法での下部構造のデジタルモデルに関連付けられ、スキンは、2つの水平寸法および1つの厚さ寸法での完成時の構造を含み、本方法は、シムを2つの水平寸法および1つの厚さ寸法での構造を有するように形成するように構成され、シム構造は、スキンのデジタルモデルからのスキンの完成時の厚さの設計公差よりも大きい複数の偏差を補償するようにカスタマイズされ、
本方法は、
スキンに関するデータセットを収集するためにスキンを非破壊的に検査するステップと、
データセットを使用して、スキンの完成時の構造の厚さ値のセットを計算するステップであって、各厚さ値はスキンの水平寸法の一対の座標に画定される、ステップと、
スキンおよび下部構造のデジタルモデルを関連付けることによって、スキンの下部構造との接合領域を決定するステップと、
スキンの接合領域において、スキンのデジタルモデルからの完成時の厚さ値の設計公差よりも大きい偏差の水平座標対および厚さ値のセットを計算することによって、シムのデジタルモデルを生成するステップと、
を含むことができる。
【００６０】
本開示の一実施形態は、スキンを下部構造に取り付ける際に使用するシムを作成するための方法を含むことができ、設計された厚さプロファイルおよびスキンの輪郭を含むデジタルモデルがスキンに関連付けられ、下部構造の輪郭を含むデジタルモデルは下部構造に関連付けられ、スキンは完成時の厚さプロファイルを含み、本方法は、設計された厚さプロファイルのデジタルモデルからの完成時の厚さプロファイルの設計公差よりも大きい複数の偏差を補償するようにカスタマイズされた輪郭およびプロファイルを有するシムを作成するように構成され、
本方法は、
データセットを収集するためにスキンを非破壊的に検査するステップと、
データセットを使用して、スキンの少なくとも一部分の完成時の厚さプロファイルを計算するステップであって、完成時の厚さプロファイルは、厚さ値のセットを含み、各厚さ値はスキン上の位置に画定される、ステップと、
スキンおよび下部構造の輪郭のデジタルモデルを関連付けることによって、スキンの下部構造との接合領域を決定するステップと、
スキンの接合領域において、設計された厚さプロファイルからの完成時の厚さ値の設計公差よりも大きい偏差の位置および値のセットを計算することによってシムの輪郭およびプロファイルのデジタルモデルを生成するステップと、
を含むことができる。
【００６１】
本開示の一実施形態は、スキンを下部構造に組み立てる方法を含むことができ、スキンは、設計された厚さプロファイルおよび完成時の厚さプロファイルを含み、下部構造は、スキンの接合領域に対応する取り付け面を画定し、
本方法は、
下部構造上にスキンを仮想的に重ね合わせて、スキンと下部構造の取り付け面との接合領域を決定するステップと、
スキンの接合領域において、設計された厚さプロファイルからの完成時の厚さプロファイルの設計公差よりも大きい偏差のセットを計算するステップと、
スキンの接合領域における偏差のセットと一致する輪郭およびプロファイルを有するシムを構築するステップと、
スキンと下部構造との間にシムを設置してスキンを下部構造に組み立てるステップと、
を含むことができる。
【００６２】
さらに、本開示は、以下の条項に係る実施形態を含む。
第1項：スキンを下部構造に取り付ける際に使用するシムを作成するための方法であって、スキンは、内面と、内面と反対側の外面と、内面と外面との間のスキンの厚さとを画定し、下部構造は、スキン用の合わせ面を画定し、スキンに関連するデジタルモデルは、スキンの厚さの公称マップを含み、シムは、スキンの内面と下部構造との間の接合領域において、設計許容値よりも大きい任意のギャップを充填するように構成され、
本方法は、
スキンの内面および外面の少なくとも一方の複数の位置でスキンを非破壊的に検査して、スキンの厚さに関するデータセットを収集するステップと、
データセットを使用して、複数の位置の少なくとも一部に対してスキンについての完成時の厚さ値のセットを計算するステップと、
下部構造の合わせ面とスキンの内面との接合領域を決定するステップと、
スキンの内面の接合領域において、スキンの厚さの公称マップからの完成時の厚さ値のセットの設計許容値より大きい偏差のセットを計算することによって、シム寸法データのセットを生成するステップと、
を含む。
【００６３】
第2項：シム寸法データのセットを使用してシムを構築するステップをさらに含む、第1項に記載の方法。
【００６４】
第3項：シムを構築するステップが、付加的な製造技術の使用を含む、第2項に記載の方法。
【００６５】
第4項：付加的な製造技術がシムを3Dプリンタで印刷することを含む、第3項に記載の方法。
【００６６】
第5項：スキンおよび下部構造の各々が、互いに整列した少なくとも1つの予め形成された組み立て孔を含み、シム寸法データのセットを生成するステップが、スキンおよび下部構造の予め形成された組み立て孔と整列したシム内の組み立て孔を画定するステップを含む、第1項に記載の方法。
【００６７】
第6項：各偏差が偏差値および偏差位置を含み、方法が、次の別のスキンの製造に使用するためのスキンの厚さの公称マップからの完成時の厚さ値のセットの設計公差より大きい偏差の位置および値をデータベースに記録するステップをさらに含む、第1項に記載の方法。
【００６８】
第7項：スキンを非破壊的に検査してデータセットを収集するステップが、超音波を用いてスキンを検査するステップを含む、第1項に記載の方法。
【００６９】
第8項：スキンの下部構造との接合領域を決定するステップが、スキンの完成時の厚さ値のセットを計算するステップに先行し、さらに、スキンの完成時の厚さ値がスキンの接合領域においてのみ計算される、第1項に記載の方法。
【００７０】
第9項：第1の部品を第2の部品に取り付ける際に使用するシムを作製するための方法であって、第1の部品および第2の部品の少なくとも一方が第1の設計された厚さプロファイルを画定し、本方法は、第1の部品と第2の部品との間の設計許容値よりも大きいギャップを充填するようにカスタマイズされた輪郭およびプロファイルを有するシムを構築するように構成され、
本方法は、
第1の部品と第2の部品の少なくとも一方を非破壊的に検査してデータセットを収集するステップと、
データセットを使用して、第1の部品と第2の部品の少なくとも一方の少なくとも一部の完成時の厚さプロファイルを計算するステップと、
第1の部品を第2の部品に仮想的に重ね合わせて、第1の部品と第2の部品との接合領域を決定するステップと、
第1の部品および第2の部品の少なくとも一方の接合領域において、設計された厚さプロファイルからの完成時の厚さプロファイルの設計許容値よりも大きい偏差のセットを計算するステップと、
シムを構築して、輪郭およびプロファイルを接合領域における偏差のセットに一致させるステップと、
を含む。
【００７１】
第10項：第1の部品がスキンであり、第2の部品が下部構造であり、非破壊的に検査するステップおよび完成時の厚さプロファイルを計算するステップが、スキンを検査するステップおよびスキンの完成時の厚さプロファイルを計算するステップを含む、第9項に記載の方法。
【００７２】
第11項：第1の部品がスキンであり、第2の部品が下部構造であり、非破壊的に検査するステップが、下部構造を検査するステップおよび下部構造の完成時の厚さプロファイルを計算するステップを含む、第9項に記載の方法。
【００７３】
第12項：第1の部品が第1の設計された厚さプロファイルを有するスキンであり、第2の部品が第2の設計された厚さプロファイルを有する下部構造であり、非破壊的に検査するステップおよび完成時の厚さプロファイルを計算するステップが、スキンおよび下部構造を検査するステップ、ならびにスキンの完成時の厚さプロファイルおよび下部構造体の完成時の厚さプロファイルを計算するステップを含み、さらに偏差のセットを計算するステップが、スキンおよび下部構造の両方の偏差のセットを計算するステップを含む、第9項に記載の方法。
【００７４】
第13項：第1の部品および第2の部品の各々が、互いに整列した少なくとも1つの予め形成された組み立て孔を含み、シムを構築するステップが、第1の部品および第2の部品の予め形成された組み立て孔と整列したシム内の組み立て孔を形成するステップを含む、第9項に記載の方法。
【００７５】
第14項：次の別のスキンの製造に使用するために設計された厚さプロファイルからの完成時の厚さプロファイルの偏差のセットをデータベースに記録するステップをさらに含む、第9項に記載の方法。
【００７６】
第15項：第1の部品および第2の部品の少なくとも一方を非破壊的に検査するステップが、超音波を使用するステップを含む、第9項に記載の方法。
【００７７】
第16項：第1の合わせ面を画定する第1の部品を第2の合わせ面を画定する第2の部品に組み立てる際に使用するシムを作成するためのシステムであって、2つの水平寸法および1つの厚さ寸法での第1の公称マップを含む第1のデジタルモデルが第1の部品に関連付けられ、2つの水平寸法での第2の公称マップを含む第2のデジタルモデルが第2の部品に関連付けられ、シムが、第1の部品と第2の部品との合わせ面間の設計許容値よりも大きいギャップを充填するようにカスタマイズされた輪郭およびプロファイルで構成され、
システムは、
第1の部品を検査して第1の部品に関するデータセットを収集するように構成された非破壊検査システムと、
非破壊検査システムに接続され、第1の部品に関するデータセットを受け取り、第1の部品の第1の公称マップ、第2の部品の第2の公称マップ、および設計許容値を格納するように構成されたコンピューターであって、コンピューターは、第1の部品に関するデータセットから、第1の部品の少なくとも一部についての完成時の厚さプロファイルを計算し、第1の部品の第1の公称マップを第2の部品の第2の公称マップ上に仮想的に重ね合わせて、第1の部品と第2の部品との接合領域を決定し、第1の部品の公称マップからの第1の部品の完成時の厚さプロファイルの設計許容値より大きい偏差のセットを計算することによって、接合領域におけるシム寸法データのセットを生成するように構成された処理要素を含む、コンピューターと、
を備える。
【００７８】
第17項：シム寸法データを受け取るようにコンピューターに接続された付加的な製造装置をさらに含み、付加的な製造装置はシムを構築するように構成されている、第16項に記載のシステム。
【００７９】
第18項：第1の部品および第2の部品のうちの少なくとも一方のデジタルモデルが、第1の予め形成された組み立て孔のモデルを含み、コンピューターが、第1の予め形成された組み立て孔と整列した第2の予め形成された組み立て孔のモデルを含むようにシム寸法データのセットを生成する、第16項に記載のシステム。
【００８０】
第19項：非破壊検査システムが超音波システムを含む、第16項に記載のシステム。
【００８１】
第20項：コンピューターが、次の別の第1の部品の製造に使用するために第1の部品の公称マップからの第1の部品の完成時の厚さプロファイルの偏差のセットをデータベースに記録する、第16項に記載のシステム。
【００８２】
上述の開示は、独立した有用性を有する複数の異なる発明を包含することができる。これらの発明の各々は好ましい形態で開示されているが、本明細書に開示され例示されたその特定の実施形態は、多くの変形が可能であるため、限定的な意味で考慮されるべきではない。本開示内でセクションの見出しが使用される限り、そのような見出しは、単に構成的な目的のものであり、特許請求される発明の特徴を構成するものではない。本発明の主題は、本明細書に開示されるさまざまな要素、特徴、機能、および／または特性のすべての新規かつ非自明な組合せおよび部分的組合せを含む。以下の請求項は、新規かつ非自明と見なされる特定の組合せおよび部分的組合せを特に指摘する。特徴、機能、要素、および／または特性の他の組合せおよび部分的組合せで具体化された発明は、本出願または関連する出願から優先権を主張する出願において特許請求されてもよい。そのような請求項は、異なる発明または同一の発明を対象としているかどうか、また、原クレームに対してより広い、より狭い、均等な、もしくは異なる範囲であるかどうかにかかわらず、本開示の発明の主題に含まれるものと見なされる。
【符号の説明】
【００８３】
20  スキン、部品
22  内面
24  外面
26  厚さ
28  下部構造、部品
30  上側合わせ面、上面
32  ギャップ
34  偏差
34a  高さ
36  シム
36a  シム
36b  シム
38  最小の厚さ
40  設計許容値
42  プロファイル
44  輪郭
46a  厚さ値
46b  厚さ値
46c  厚さ値
46d  厚さ値
46e  厚さ値
46f  厚さ値
48  左縁部
50  右縁部
52  縁部
54  縁部
56  上面
58  下面
60  エンドエフェクタ
62  超音波信号
64  エンドエフェクタ
66  エンドエフェクタ
68  超音波信号
70  超音波システム
72  ガントリ
74  アーム
76  アコーディオンエンクロージャ
78  水ノズル
80  水平寸法
82  水平寸法
84  アライメントツール
86  アライメントインジケータ
100  データセット
102  システム
104  データ
106  コンピューターシステム
108  デジタルモデル
108a  デジタルモデル
108b  デジタルモデル
110  処理要素
112  付加的な製造装置
114  モデル
118  超音波走査
120  空白スペース
122  点描領域
124  ライン
126  点や線のない領域
138  接合領域
140  合成マップ
150  仮想アセンブリマップ
160  接合領域
180  アセンブリ
182  孔部
184  孔部
186  孔部
188  締結具
【図１】
2018041439.tif 000003
【図２】
2018041439.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2018041439.tif 000008
【図７】
2018041439.tif 000009
【図８】
2018041439.tif 000010
【図９】
2018041439.tif 000011
【図１０】
2018041439.tif 000012
【図１１】
2018041439.tif 000013
【図１２】
2018041439.tif 000014
【図１３】
2018041439.tif 000015
【図１４】
2018041439.tif 000016
【図１５】
2018041439.tif 000017
【図１６】
2018041439.tif 000018
【外国語明細書】
2018041439000001.pdf