(57)【要約】【課題】シムの必要性を回避できるジャンクション部品の製造方法及びシステム【解決手段】航空機翼のためのあらゆるジャンクション部品がオーバー材料を用いて製造される。各部品はレーザベースの干渉計又はその他のスキャニング技術を用いて測定され、「組立中（ａｓ  ｂｕｉｌｔ）」測定値はモデルと比較されて、新たな軌道ミリングプログラムが生成され、前記新たな軌道ミリングプログラムは、ポイントクラウド及びＢスプラインアルゴリズムを使用して、ミリングされる新たな表面を生成し、部品間のギャップを埋めるため又は防止するためものである。前記プログラムが生成され（新たな軌道）、後処理が行われたら、オーバー材料を用いてすでにミリングされた部品に対してオーバー材料ミリングを実行するために、これはミリングマシンに送信される。この技術は、ジャンクション部品間のギャップとこれに対応するシムに対する必要性とをなくすために使用可能である。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）オーバー材料を用いてジャンクション部品を製造するステップ、
（ｂ）製造された部品をスキャンするステップ、
（ｃ）少なくとも１つのプロセッサを使用して、スキャンされた前記部品をモデルと比較するステップ、
（ｄ）比較に基づいて、前記ジャンクション部品の間のギャップを埋めるため又は防止するための新たな軌道ミリングプログラムを生成するステップ、及び
（ｅ）前記製造された部品をミリングして、部品間のギャップとこれに対応するシムの必要性とをなくすステップ、
を含む、部品を製造する方法。
【請求項２】
測定するステップは、レーザベースの干渉計を用いてスキャンすることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ジャンクション部品は、翼ジャンクション部品を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記比較するステップにおいてはＢスプラインアルゴリズムを使用する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記スキャンするステップにおいては、レーザ又はその他のスキャニングに基づいて前記部品の表面プロファイルを規定するポイントクラウドを有するデータベースを作成する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記プロセッサは、部品間のシム厚さを特定の厚さ仕様未満に最小化するよう機械成形するためのミリングプログラムを自動的に生成する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記厚さ仕様は０．３ｍｍである、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記製造するステップにおいては、５ｍｍ以下のオーバー材料を用いて前記ジャンクション部品を提供する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
生産現場において自動スキャニングを使用して半翼アセンブリのジャンクション領域内で前記ジャンクション部品を測定し、自動ミリングプログラム生成を行い、Ｂスプラインアルゴリズムを実行してマルチセクション表面を生成するか又は類似の手順を行った後で、オーバー材料を用いて製造された（ｏｖｅｒｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ）部品を微調整することによって、サイクル時間を低減する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
オーバー材料部品上に生成される形状により、シムの挿入がなく、それにより高いせん断応力が回避されることと、０．３ｍｍ未満の部品間最小ギャップが提供されることとによって、構造を強化する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
オーバー材料を用いてジャンクション部品を製造するようにプログラムされたミリングマシン、
半翼の内面及び外面を測定するように構成されたスキャナ、
前記スキャナに結合された少なくとも１つのプロセッサであって、測定値をモデルと比較し、比較に基づいて、前記ジャンクション部品の間のギャップを埋めるための新たな軌道ミリングプログラムを生成する、少なくとも１つのプロセッサ、
製造された部品を、前記新たな軌道ミリングプログラムを使用してミリングし、部品間のギャップとこれに対応するシムの必要性とをなくす、同一又は異なるミリングマシン、
を含む、部品を製造するシステム。
【請求項１２】
前記スキャナはレーザベースの干渉計を含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記ジャンクション部品は翼ジャンクション部品を含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記プロセッサは、Ｂスプラインアルゴリズムを使用して比較する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記スキャナは、前記スキャナに基づいて前記部品の表面プロファイルを規定するポイントクラウドを有するデータベースを作成する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記プロセッサは、部品間のシム厚さを特定の厚さ仕様未満に最小化するよう機械成形するためのミリングプログラムを自動的に生成する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記厚さ仕様は０．３ｍｍである、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記ミリングマシンは、５ｍｍ以下のオーバー材料を用いて前記ジャンクション部品を最初に提供する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１９】
生産現場において自動測定を使用してジャンクション半翼を測定し、自動ミリングプログラム生成を行った後で、オーバー製造された部品を微調整することによって、サイクル時間を低減する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項２０】
オーバー材料部品上に生成される形状により、シムの挿入がなく、それにより高いせん断応力が回避されることと、０．３ｍｍ未満の部品間最小ギャップが提供されることとによって、構造を強化する、請求項１１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この例示的非限定的技術は、部品を製造する方法及びシステムに関し、より詳細には、部品組み立てのための自動最良位置決め及び適合アルゴリズムに関する。さらにより詳細には、前記例示的非限定的技術は、翼を含むがこれに限定されない航空機部品を構築するために、最良位置決め及び適合アルゴリズム及び技術を使用することに関する。さらにより詳細には、前記例示的非限定的技術は、自動的に測定を行いミリングプログラムを生成するソフトウェア制御プロセスを提供する、コンピュータシステム及び方法を提供し、前記ミリングプログラムは、ジャンクション部品間のシムを最小化する機械成形（ｍａｃｈｉｎｅ  ｓｈａｐｉｎｇ）をもたらすものである。
【背景技術】
【０００２】
翼は、それらが空気を通して移動する際に揚力を作るエーロフォイルである。翼は多くの異なる設計、形状、及び構成を有し得る。所望の重量及び性能を達成するために、ほとんどの大型航空機の翼は、アルミニウム及び場合によってはその他の材料で作られた中空構造として構築される。図１Ａを参照されたい。外板は通常、リベット又はその他のファスナによって翼構造に取り付けられる薄いアルミニウムシートであり、空気と接触する表面を提供する。翼構造内では、翼の前縁からその後縁まで（すなわち翼を横切って）伸びるリブが、外板を支持し、外板から、翼のスパンに渡る長手方向スパー及びストリンガなどの翼構造内の構造部材まで、力を伝達する。連邦航空局「航空保守技術ハンドブック第１巻（「機体」）」第１章及び第４章（ＦＡＡ−Ｈ−８０８３−３１、２０１２年、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｆａａ．ｇｏｖ／ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓ＿ｐｏｌｉｃｉｅｓ／ｈａｎｄｂｏｏｋｓ＿ｍａｎｕａｌｓ／ａｉｒｃｒａｆｔ／ａｍｔ＿ａｉｒｆｒａｍｅ＿ｈａｎｄｂｏｏｋ／）を参照されたい。当該文献は参照により本明細書中にあたかも明記したかのように援用される。
【０００３】
より詳細な例において、図１は、せん断接合タイプの半翼（セミウィング（ｓｅｍｉ−ｗｉｎｇ））ジャンクションを含む例示的非限定的翼設計の断面図を示す。図１は、半翼構造を、例えば前記翼の前縁から前記翼の後縁の方を見ながらあたかも上から下まで切断したかのような図を示し、上側外板５２は上部翼表面を画定し、下側外板５４は下側翼表面を画定する。右上側外板と左上側外板との間のギャップは６１によって示されており、右下側外板と左下側外板との間のギャップは６１’によって示されている。上側外板５２及び下側外板５４は、シムとリブとスプライスとを含むか又はそれらからなる構造によって固定及び支持される。特にリブ０（５６）は、上側翼構造に取り付けられた上側Ｔプロファイル部材５８に接続される。同様に、下側Ｔプロファイル部材６０はリブ０（５６）を下側翼構造に取り付ける。リブ０（５６）は航空機の「Ｙ」位置リファレンスである。次にＴプロファイル要素５８、６０はスプライス要素６２、６４にボンディングされる。すなわち、上側Ｔプロファイル要素５８は上側スプライス６２にボンディングされ、下側Ｔプロファイル要素６０は下側スプライス６４にボンディングされる。したがってリブ０（５６）は上側翼構造を下側翼構造に固定し、スプライス要素６２、６４は外板５２、５４をＴプロファイル要素５８、６０につなぎ留める。スプライス要素６２、６４は、半翼の様々な部品を一緒に継ぎ合わせて、統合された一体構造を形成する。
【０００４】
曲げ及びせん断応力を回避するために、上側スプライス６２、下側スプライス６４と外板５２、５４との間のギャップは実質的にないことが望ましい。例えば図２は、ジャンクション部品間のギャップ７６、７８を有するシミュレーションを示す。特に、上側スプライス６２と外板５２との間にギャップ７６があり、下側せん断要素（下側スプライス）６４と隣接する構造との間にギャップ７８が存在する。
【０００５】
シム６６、６８、７０、７２が、ジャンクション部品間のそのようなギャップを埋めるために、過去において好都合に使用されてきた。したがって、シム６６は一般に上側スプライス６２と外板５２との間に配置され、シム７２は一般に下側スプライス６４と外板５４との間に配置され、シム６８は一般に外板５２と上側Ｔプロファイル要素５８との間に配置され、シム７０は一般に外板５４と下側Ｔプロファイル要素６０との間に配置される。図１を参照されたい。
【０００６】
半翼ジャンクションの組み立ての間、航空力学的及び構造的仕様における偏差を最小化する最良アルゴリズムを用いて両方の半翼が位置合わせされる。半翼は互いに同一ではないため、両方の部品の間のギャップが生成され、シム６６、６８、７０、７２が製造され、曲げ及びせん断応力を回避するために挿入される。シムの必要性を回避することが望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
プロセスの間にシムを挿入する必要なしに部品を組み立てるための既知のプロセスは、第１の部品と理論的モデルとの間のギャップ測定から開始される。ギャップ挿入物の新たなモデルが作成（製造）され、接合される部品のツーリング上に配置される。第２の部品がギャップの形状を有し、第１の部品に位置合わせされたら、部品間のギャップはなくなる。しかしそのようなプロセスは欠点を有し、その例としては以下が挙げられる。
【０００８】
各シップセットジャンクション（ｓｈｉｐｓｅｔ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ）について、ギャップを最小化するための新たな挿入物がツーリング上で製造されなければならない。
【０００９】
ジャンクションは第２の部品を製造する前の第１の部品の測定に依存するため、生産サイクル（アセンブリを製造するために要する時間）が増加する。
【００１０】
以下の例示的非限定的説明的実施形態の詳細な説明は、以下の図面と共に読まれるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】リブ０、下側スプライス、下側Ｔプロファイル、上側スプライス、及び上側Ｔプロファイルを含む、半翼ジャンクションにおいて使用される例示的非限定的部品を示す。
【図１Ａ】例示的翼構造を示す。
【図２】半翼接合部の間にギャップを有する上側外板及び上側スプライスのシミュレーションを示す。
【図３】半翼接合部の間にギャップを有する上側外板及び上側スプライスを有する現在の手動プロセスを示す。
【図４】自動測定、自動ミリングプログラム生成及び最終ミリングを含む、非限定的実施形態の改良されたプロセスシーケンスを示す。
【図４Ａ】例示的非限定的システム構成を示す。
【図５】半翼の自動ジャンクションプロセス（ａｕｔｏｍａｔｉｃ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｅｍｉ−ｗｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓ）の後の、スプライス及びＴプロファイルの最終結果の前面図を示す。
【図６Ａ】標準モデルの規定を示す。
【図６Ｂ】オーバー材料（ｏｖｅｒｍａｔｅｒｉａｌ）を用いて部品を製造するために使用可能なミリングマシンを示す。
【図６Ｃ】図６Ｂのミリングマシンのための例示的ユーザインタフェースを示す。
【図６Ｄ】標準と比較可能な測定を行うための例示的５軸自動測定システムを示す。
【図６Ｅ】例示的な生成されたミリングプログラムを示す。
【図６Ｆ】最終アセンブリにギャップがないこと又はシムの必要性がないことを可能にするための、ジャンクション部品の例示的なさらなるミリングを示す。
【図６Ｇ】Ｂスプラインからマルチセクション又は類似の手順を使用して新たに生成される表面の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
好適なシムを製造するために過去においては全手動（ａｌｌ−ｍａｎｕａｌ）技術が使用されたが、最近では、必要なシムの厚さ、形状、及び大きさ（ｅｘｔｅｎｔ）を評価（ｓｉｚｅ）するためにスキャニング技術が使用されている。特に、現在のプロセスでは、ギャップを測定し、製造解析に送信されるデータを収集するために、手動手順が使用されている。図３のブロック１０２を参照されたい。それらの抽出された点に基づいて、ミリングプログラムの軌道及びパラメータを規定するためのリファレンス面が生成される。ジャンクションにおいて埋められるべきあらゆる異なるギャップのために、新たなシムが作成される。図３のブロック１０４。シムがミリングされたら、それらは製品に適用され（図３のブロック１０６）、検査され、製品内の最小ギャップに適合するように最終調整が行われる（図３のブロック１０８）。製品の大きな寸法のため、この手動プロセスは効率的ではなく、且つ不正確である。実際には、この特定の半翼ジャンクションにおいて、主応力はせん断タイプであり、特定の厚さより厚いシムは受け入れられない。
【００１３】
さらなる改良が必要とされている。
【００１４】
一つの例示的非限定的実施形態では、部品間の最良位置決めアルゴリズムが実行された後で、半翼を組み立てるために部品を統合する、自動システム及び方法が使用される。
【００１５】
この例示的非限定的実施形態は、自動的に測定を行いミリングプログラムを生成するための、ソフトウェアを使用したプロセスを提供し、前記ミリングプログラムは、部品間のシム厚さを例えば０．３ｍｍなどの特定の厚さ仕様未満に最小化するよう機械成形するためのものである。
【００１６】
一つの例示的非限定的実施形態では、あらゆるジャンクション部品は、例えば５ｍｍのオーバー材料などの、オーバー材料を用いて製造される。そのような製造は、図４Ａに示す、サーバ（プロセッサ／サーバ）２５０、標準モデル２５２、ミリングプログラム２５４、及び５軸ミリングマシン２５６を使用して制御及び実行可能である。図６Ａ〜図６Ｃも参照されたい。各部品は次にミリング治具２６４上に配置され、ミリングテンプレートが標準の送り速度、回転、及び切削厚さを用いてセットされる。ミリングマシンは、レーザベースの干渉計又はその他のスキャニング技術（５軸スキャナ）２６０（図６Ｄを参照）を用いて、製品リファレンス（半翼）を測定し、ポイントクラウド（ｐｏｉｎｔｓ  ｃｌｏｕｄ）（すなわち、レーザ又はその他のスキャニングに基づいて表面プロファイルを規定するポイントのクラウド）を有するデータベースＭを作成する。（２６６、２６６’）
【００１７】
非一時的メモリ内に記憶されサーバ／プロセッサ２５０上で実行される専用ソフトウェアが、測定された「組立中（ａｓ  ｂｕｉｌｔ）」製品をモデルと比較（ブロック２６８）して新たな軌道ミリングプログラムを生成するために使用され、前記新たな軌道ミリングプログラムは、Ｂスプラインからマルチセクション又は類似の手順を使用して新たに生成される表面（図６Ｇを参照）を使用して部品間のギャップを埋めるためのものである。Ｂスプラインは、スキャニング技術（５軸スキャナ）２６０によって測定されたポイントクラウドを用いて生成される。カール・デ・ボーア（Ｃａｒｌ  ｄｅ  Ｂｏｏｒ）著「Ｂ（ベーシック）・スプライン・ベーシックス（Ｂ（ａｓｉｃ）  Ｓｐｌｉｎｅ  Ｂａｓｉｃｓ）」及びホリッヒ（Ｈｏｌｌｉｇ）ら著「Ｂスプラインを用いた近似及びモデリング（Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ  ｗｉｔｈ  Ｂ−Ｓｐｌｉｎｅｓ）」（Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｆｏｒ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ、２０１３年１１月１３日）などの周知のＢスプラインアルゴリズムが使用されてもよく、当該文献は両方とも参照により本明細書中に援用される。
【００１８】
前記プログラムが生成され（新たな軌道）、後処理（例えば機械言語Ｇコードへの変換、アイテム２５４、２５４’、図６Ｅも参照）が行われたら、オーバー材料を用いてすでにミリングされた部品に対してオーバー材料のミリング又は調整を実行するために（図６Ｆを参照）、前記コードは５軸ミリングマシン２５６に送信される。
【００１９】
最終ミリングの後、５軸ミリングマシンは、各部品に対して４つのリファレンス又はリファレンス孔を穿孔し、これは半翼に対して同じ５軸ミリングマシンによって行われるものと同じリファレンスとなる。ミリングされた部品は先に穿孔されたリファレンス孔を通して半翼上に配置され、マシンは穿孔プロセスを続行する。
【００２０】
図４は、この全体的プロセスをより詳細に示す。最初に、標準モデルが規定され（ブロック２０２）、ミリングプログラムが自動的に生成される。次に部品が、上記で説明したようにオーバー材料を用いて製造され、半翼部品を互いに適合させるための最良適合アルゴリズムが実行される（ブロック２０４）。半翼の内面及び外面が５軸マシンを用いて自動的に測定（スキャン）され、標準を規定するモデルが、測定された表面と比較される（ブロック２０６）。追加のミリング動作のためのミリングプログラムが各部品について生成され（ブロック２０８）、ギャップなしで、したがってシムなしで組み立てられることが可能なジャンクション部品をミリングするために使用される（ブロック２１０）。
【００２１】
この例示的非限定的実施形態の利点としては、例えば以下が含まれる。
１．サイクルの低減
ａ．オーバー材料部品は、生産現場においてそのジャンクション部品を測定した後で微調整される。承認され次第、それは送り出される。
ｂ．半翼表面の自動測定
ｃ．自動ミリングプログラム生成
２．構造的強化
ａ．オーバー材料部品上で生成される形状により、シムの挿入はない（図５を参照）。これにより高いせん断応力が回避される。
ｂ．０．３ｍｍ未満の部品間最小ギャップ。
【００２２】
本発明について、最も実用的且つ好ましい実施形態と現時点で考えられるものに関連して説明したが、本発明は開示された実施形態に限定されるものではなく、反対に、添付の特許請求の範囲の精神及び範囲内に含まれる様々な修正及び均等な構成を包含することが意図されるものであるということを理解されたい。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図６Ｇ】
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【外国語明細書】
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