(57)【要約】      （修正有）【課題】一表面を有する金属製被加工物の物理的特性を変化させるための装置の提供【解決手段】被加工物のための支持体２０２と、前記被加工物の一表面２０６に多重衝撃を与える従動部材２０４、及び、調整可能パラメータを有するコントローラであって、前記金属製被加工物の物理的特性を変化させるために、前記調整可能パラメータの範囲内で前記被加工物の前記表面に対して多重衝撃を与えるよう、前記従動部材を操作するために、前記従動部材に動作可能な状態で接続された前記コントローラを備える、装置２００。【選択図】図２
2015061942.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一表面を有する金属製被加工物の物理的特性を変化させるための装置であって、
前記被加工物のための支持体と、
前記被加工物の一表面に多重衝撃を与える従動部材、及び、
調整可能パラメータを有するコントローラであって、前記金属製被加工物の物理的特性を変化させるために、前記調整可能パラメータの範囲内で前記被加工物の前記表面に対して多重衝撃を与えるよう、前記従動部材を操作するために、前記従動部材に動作可能な状態で接続された前記コントローラを備える、装置。
【請求項２】
前記被加工物のための前記支持体は一表面を有し、前記被加工物は、前記支持体の前記表面に当接する第２表面を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記支持体は更に、前記被加工物を前記被加工物のための前記支持体上に保持する細長いクランプを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記被加工物のための前記支持体は、前記被加工物の前記表面に当接するクランプを含み、前記支持体は更に、前記被加工物の前記第２表面に当接する少なくとも１つの追加クランプを含む、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記支持体は更なるクランプを含み、前記更なるクランプは、前記被加工物の前記第２表面に当接し、前記被加工物の前記表面に当接する前記クランプに正対する、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記被加工物のための前記支持体は、前記被加工物の前記表面に衝撃を与える前記従動部材に対向して、前記被加工物の前記第２表面に当接するアンビルを含み、前記アンビルは、前記従動部材からの前記被加工物に対する前記衝撃に対向するよう、Ｘ、Ｙ及びＺ方向に可動式である、請求項２に記載の装置。
【請求項７】
前記装置は、前記従動部材からの前記被加工物の前記表面への前記多重衝撃の前記付与の段階で、前記被加工物の前記表面及び前記第２表面に当接する、少なくとも１対のクランプを含む、請求項２に記載の装置。
【請求項８】
前記支持体は、前記被加工物の前記第２表面に当接する空気のうアンビルを含み、前記装置は更に、前記被加工物の前記表面に当接する、離間した１対のクランプを含む、請求項２に記載の装置。
【請求項９】
前記従動部材が前記被加工物に衝撃を与える前に、前記被加工物に与圧するための固定具を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
一表面を有する金属製被加工物の物理的特性を変化させるための方法であって、
前記被加工物を支持するステップと、
コントローラを提供するステップと、
前記コントローラに、前記被加工物の物理的特性を変化させるための調整可能パラメータを提供するステップと、
前記被加工物の前記表面に多重衝撃を与えるステップ、及び、
前記被加工物の物理的特性を変化させるために、前記調整可能パラメータを有する前記コントローラを用いて前記衝撃付与ステップを制御するステップを含む、方法。
【請求項１１】
前記方法は更に、前記支持ステップの段階で前記被加工物を固定することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記被加工物上に第２表面を提供し、前記被加工物の前記表面をクランプ留めするステップ、及び、前記被加工物の前記表面の前記クランプ留めに正対するよう、前記被加工物の前記第２表面をクランプ留めするステップという、更なるステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記被加工物上に第２表面を提供し、かつ、前記被加工物の前記表面への前記多重衝撃に対向するよう、前記被加工物の前記第２表面に当接するアンビルを提供するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記方法は更に、前記被加工物の物理的特性の前記変化の段階で、前記被加工物を支持しつつ前記被加工物を固定するための、付勢クランプを提供するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記被加工物上に第２表面を提供し、かつ、前記被加工物の前記表面への前記多重衝撃に対向して前記被加工物の前記第２表面に当接するよう、アンビルを提供するステップを含み、前記アンビルは、前記被加工物に対する前記衝撃に正対するよう、Ｘ、Ｙ及びＺ方向に可動式である、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、金属部品の物理的特性を変化させるための、機械的システムの使用に関する。より具体的には、本開示は、金属製被加工物を衝撃ピーニングして航空機や航空宇宙産業の用途向けの最終的な金属製構成要素にすることなどによる、機械加工のための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、金属部品は、ショットピーニング、超音波ピーニング、及びレーザーピーニングを含むシステムを使用することにより、シート状や板状の製品形態から、限定する訳ではないが、航空機向けの胴体部外板、翼部外板、及び構造領域へと加工されている。ショットピーニングは薄手材には効力を発揮するが、部品の精密加工が必要とされるような時には、制御が困難である。厚手材については、部品を加工するために大型のショット材が必要である。大型ショット材は、部品の表面を損傷することがあるため、表面仕上げの要件を満たすために追加的な加工段階が必要になる可能性がある。超音波ピーニング及びレーザーピーニングは、薄手と厚手のどちらの金属製構成要素にも使用されるが、かかる方法では、金属製構成要素を加工して最終的に所望の条件を備えたものにするのに、かなりの時間を要する。レーザーピーニングには、初期費用とその後に発生するコストの両方のために、高額な投資が必要になる。構成要素を加工して、金属薄板を１インチを超える厚みがある板材に変えるための、容易に調整可能な機械的システムで、かかる金属製構成要素の精密な仕上げが実現できる、現在利用可能なものよりも低コストなシステムの提供を求めるニーズが存在する。
【０００３】
従来の常套的アプローチの更なる限界及び欠点は、かかるシステムを、図面を参照して本出願の後述部分に規定されている本発明と比較することで、当業者に明らかとなろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
本出願は、「リアルタイムの可変的ニードルピーニング成形に関する制御フィードバックループ」と題された、本書と同日付で、すなわち２０１３年９月１９日に、米国特許出願第１４／０３１，７７１号として出願された、米国特許出願の関連出願である。
【発明の概要】
【０００５】
本開示の一態様では、金属製被加工物の物理的特性を変化させるための装置が提供される。加工段階で被加工物を定位置に固定するために、支持体が提供される。従動部材は、被加工物の一表面に多重衝撃を与える。従動部材は、調整可能パラメータの範囲内で作動する。調整可能パラメータを有するコントローラは、金属製被加工物の物理的特性を変化させるために、調整可能パラメータの制御の下に、及び／又は調整可能パラメータの範囲内で、従動部材が被加工物の表面に対して多重衝撃を与えるよう、従動部材に動作可能な状態で接続される。
【０００６】
本開示の別の態様では、一表面を有する金属製被加工物の物理的特性を変化させるために、方法が提供される。被加工物は、加工段階で定位置に支持される。多重衝撃が、被加工物の表面に与えられる。調整可能パラメータを有するコントローラが提供される。衝撃は、被加工物の物理的特性を変化させるために、調整可能パラメータの範囲内で与えられる。
【０００７】
本開示のまた別の態様では、最終的な金属製構成要素が実現するまで、一表面を有する金属製被加工物の、所望の物理的特性又は作用を変化させるために、方法が提供される。方法は、被加工物に対して予備的な外形を与えるために、被加工物を与圧することを包含する。その後、被加工物Ｗの表面に多重衝撃が与えられる間、被加工物は確実に支持される。多重衝撃の付与は、調整可能パラメータの範囲内で、かつその制御の下に行われる。多重衝撃の付与は、最終的な金属製構成要素向けの、所望の物理的特性又は作用が実現するまで継続する。
【０００８】
上述の特徴、機能及び利点は、様々な実施形態において独立に実現することが可能であり、また別の実施形態において組み合わせることも可能である。これらの実施形態について、以下の説明および図面を参照して更に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】最終構成要素を実現するための、従動部材を備えた、被加工物の加工に使用される回転衝撃装置の一種の内部の切り欠き斜視図である。
【図２】被加工物に対して衝撃を与える従動部材の概略図である。
【図３】被加工物に衝撃エネルギーを伝達する従動部材の概略図である。
【図４】被加工物に与圧するための固定具の一種を示す概略図である。
【図５】図４と同様の、被加工物に与圧するための、別の種類の固定具を示す概略図である。
【図６】図４又は５の固定具内で与圧されている間、被加工物の凹面に加えられている力を示す概略図である。
【図７】従動部材によって被加工物に衝撃が与えられている間、支持体の表面上でクランプによって定位置に保持されている、被加工物の一実施例の概略図である。
【図８】図７と同様の、従動部材によって被加工物に衝撃が与えられている間、クランプによって定位置に保持されている、被加工物の別の実施例の図である。
【図９】図７及び８と同様の、付勢クランプによって定位置に保持されている間、支持体の隆起アンビル面に乗せられている、被加工物のまた別の実施例の図である。
【図１０】図７〜９と同様の、被加工物に衝撃を与える従動部材に対向する可動アンビルを備えたクランプによって定位置に保持されている、被加工物の更に別の実施例である。
【図１１】図７〜１０と同様の、従動部材が被加工物の上部表面に衝撃を与え、かつ、クランプが被加工物をアンビル上の定位置に保持する間、被加工物の下部表面を支持する空気のうアンビルを示す、また更なる実施例である。
【図１２】図７〜１１と同様の、被加工物がクランプによって定位置に保持されている間、被加工物の下部表面を支持し、かつ、被加工物の一表面に接する従動部材に対向する、別の種類の空気のうアンビルを示す図である。
【図１３】被加工物に衝撃を与えるための装置及び方法を表すフロー図である。
【図１４】航空機の製造及び保守方法のフロー図である。
【図１５】航空機のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面を参照するに、本開示の実施例は、図１４に示す航空機の製造及び保守方法１００と、図１５に示す航空機１０２の観点から説明されうる。製造前の段階では、例示的な方法１００は、航空機１０２の仕様及び設計１０４と、材料調達１０６を含むことがある。製造段階では、航空機１０２の構成要素及びサブアセンブリの製造１０８と、システム統合１１０が行われる。その後、航空機１０２は、認可及び納品１１２を経て運航１１４に供される。顧客による運航の期間中に、航空機１０２には、定期的な整備及び保守１１６（改造、再構成、改修なども含みうる）が予定される。
【００１１】
方法１００の各工程は、システムインテグレーター、第三者、及び／又はオペレーター（例えば顧客）によって実施又は実行される。本書の目的のために、システムインテグレーターは任意の数の航空機製造者、及び主要システムの下請業者を含むことがあるが、それらに限定されず、第三者は、任意の数のベンダー、下請業者、及び供給業者を含むことがあるが、それらに限定されず、かつ、オペレーターは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関などである可能性がある。
【００１２】
図１５に示すように、例示的な方法１００によって製造された航空機１０２は、複数のシステム１２０と室内１２２を備えた機体１１８を含む。高次のシステム１２０の例には、推進システム１２４、電気システム１２６、油圧システム１２８、及び環境システム１３０のうち一又は複数が含まれる。任意の数の他のシステムが含まれることもある。航空宇宙産業の例を示したが、本開示の原理は、自動車産業などの他の産業にも適用しうる。
【００１３】
本書に具現化された装置と方法は、製造及び保守方法１００の一又は複数の任意の段階で採用することができる。例えば、製造工程１０８に対応する構成要素又はサブアセンブリは、航空機１０２の運航の期間中に製造される構成要素又はサブアセンブリに類似の様態で加工又は製造される。また、一又は複数の装置の実施例、方法の実施例、或いはそれらの組み合わせは、例えば、航空機１０２の組立てを実質的に効率化するか、又は航空機１０２のコストを削減することにより、製造段階１０８及び１１０の中で利用することができる。同様に、一又は複数の装置の実施例、方法の実施例、或いはそれらの組み合わせを、航空機１０２の運航期間中に、例としては整備及び保守１１６だがそれだけに限定されない用途のために、利用することができる。
【００１４】
図１４及び１５を参照するに、下記に提供される本開示の記述は概して、区分１０８「構成要素及びサブアセンブリの製造」の範囲内に収まり、また概して、区分１１８「機体」の範囲内に収まるものである。
【００１５】
本開示は、多重衝撃によって、金属製の被加工物又は部品の物理的特性を変化させるための装置及び方法を対象としている。被加工物は金属薄板又は板金、或いは押出成型品又は組立品であり、０．０６２〜２．００インチの板厚範囲を有する。被加工物Ｗの各々は、長さ、幅、板厚の寸法が異なる。被加工物Ｗの各々は、多重衝撃を受ける複数の表面を有することがある。金属自体は、アルミニウム、チタン、又は合金などの任意の金属でありうる。本質的に、金属又は合金製被加工物は、幾何属性及び形状において多種多様でありうる。
【００１６】
図２及び３を参照するに、金属製被加工物の物理的特性を変化させるために、装置２００が提供される。被加工物Ｗは、支持体２０２の上に確実に配置される。支持体２０２は、添付の図面には水平位置の状態として示されているが、被加工物Ｗのための支持体２０２は、実質的に垂直位置の状態や、被加工物Ｗについて垂直位置と水平位置の間の事実上任意の角度でありうることを理解されたい。被加工物Ｗの表面２０６に多重衝撃を与えるために、従動部材２０４が提供される。従動部材２０４は、望ましくは、被加工物Ｗを上回る硬度を有する。従動部材２０４からの多重衝撃は、航空機上での使用向けのような有益な最終構成要素が実現するまで、被加工物Ｗの物理的特性又は作用を変化させる。
【００１７】
開示されているように、被加工物Ｗは、長さを含む多種多様な幾何属性を有しうる。支持体２０２の各々は、特定の寸法を有し、かつ、被加工物Ｗの各々を受容し、加工することが可能である。例えば、いくつかの事例では、被加工物Ｗは、従動部材２０４によって、所与の支持体２０２上で、全体的に衝撃を与えられる。他の事例では、長い形状の被加工物Ｗでは、同一の被加工物の複数の部分が順次加工される。かかる長い形状の被加工物の先頭部分は、支持体上に固定されている状態で加工される。寸法が類似した隣接の後続部が段階的に衝撃を与えられる間、先頭部分は前方に動く。
【００１８】
加工されている被加工物Ｗの全てに関して、衝撃対象領域と等しい表面２０６全体にわたる従動部材２０４による衝撃付与の段階で、被加工物Ｗの各々は所定の位置に支持される。下記に詳細に記述されているように、被加工物Ｗが支持体２０２上の定位置に固定されている間、従動部材２０４は、被加工物Ｗ全体の全対象領域に、或いは長い形状の被加工物Ｗの各部分に衝撃を与えるよう、マニピュレータとエンドエフェクタによって制御される。
【００１９】
図３を参照するに、従動部材２０４は、被加工物Ｗの表面２０６に多重衝撃を与え、応力波として従動部材２０４から被加工物Ｗの表面へと移動する、衝撃エネルギーを生成する。応力波は次いで、表面２０６から被加工物Ｗの中の内部圧縮性層へと移転する。被加工物Ｗの張力層に対する圧縮性層の関係性は、被加工物を、所望の最終構成要素のための所望の外形のような、変化した物理的特性又は作用を有する構成要素へと変化させる役割を果たす。
【００２０】
装置２００についての以下の記述は、従動部材２０４を動かすための装置の一種２１０、及び、被加工物Ｗ向けの実現可能な複数の種類の支持体２０２の詳細を明らかにする。これらの記述に続き、図１３に示すフロー図を参照して、装置２００を動作させる方法の説明が記載されている。
【００２１】
図１を参照するに、従動部材２０４により被加工物Ｗに多重衝撃を与えるための装置、一般的には装置２１０の、一実施例が示されている。図示された例示的装置２１０は、電気によって作動する。かかる装置２１０は、油圧によって、又は空気圧によっても作動しうる。他の種類の装置による、従動部材２０４への、及びそれを通じての衝撃エネルギーの生成及び付与が可能であれば、かかる他の種類の装置も利用されうることを理解されたい。図示された装置２１０はクランク機構であり、ハウジング２１２を含む。ハウジング２１２は、電動モータ（図示せず）に接続されたシャフト（図示せず）に接続される、回転可能クランク２１４を有する。クランク２１４は、被加工物Ｗの表面２０６に、従動部材２０４により、毎分複数回の拍動を提供し、かつ、ピストン２１６の駆動力を最初に提供する。ピストン２１６は、ハウジング２１２の内部に往復可能な状態で取り付けられ、ハウジング２１２の円柱形の内部壁に当接するＯ型リング２１８を有する。
【００２２】
ラムピストン２２０は、ピストン２１６から間隙をあけて、ハウジングの内部に往復可能な状態で取り付けられ、Ｏ型リング２１８を有する。ラムピストン２２０は、ピストン２１６と協働して、両ピストンの間に空気ばね２２２を形成する。空気ばね２２２は、拍動部品２２４を加速させるラムピストン２２０を動かす。空気ばね２２２は、前方に動く時に、ラムピストン２２０を拍動部品２２４に接するよう動かし、ピストン２１６が後方に動く時には、ラムピストン２２０を引き戻す。拍動部品２２４は、ハウジング２１２を封止するための１対のＯ型リング２１８を含む。拍動部品２２４は、ラムピストン２２０のエネルギーを、被加工物Ｗに対して多重衝撃を与える従動部材２０４の一端部へと移転させる。衝撃は、応力波を、従動部材２０４を通り抜け、被加工物Ｗの表面２０６へと移動させる、エネルギーを提供する。
【００２３】
上述のように、装置２１０は、被加工物Ｗの表面２０６に対して与えられる、従動部材２０４による多重衝撃を引き起こすために使用される。被加工物Ｗの長さに関わらず、加工されている被加工物Ｗの各々の表面２０６に対して、従動部材２０４によって衝撃が与えられる段階の、被加工物Ｗのための支持体２０２の複数の実施例を以下に説明する。あらゆる場合において、従動部材２０４は、衝撃があたえられている時間中ずっと支持体２０２によって定位置に固定されている被加工物Ｗの、全対象領域にわたって衝撃を与える。
【００２４】
以下の記述によって、被加工物Ｗの表面２０６に対する従動部材２０４による衝撃の反対側に配置された、様々な種類のアンビルが明らかになる。下記に記述される支持体２０２の各々は、従動部材２０４から離れて、被加工物Ｗの衝撃面に加圧対向する、アンビルとして機能する。被加工物Ｗが支持体２０２の平らな表面に乗せられ、平らな表面上で加工される時に、被加工物Ｗの一部は支持体２０２の平らな表面から浮き上がり始め、平らな表面と被加工物Ｗの浮き上がった部分との間に間隙ができる。このことによって、被加工物Ｗが自由大気内で振動するため、エネルギーの不要な損失が発生する。
【００２５】
以下の実施例において記述される被加工物Ｗのための支持体２０２は、本質的に、かかるエネルギーの損失を低減させる。支持体２０２の各実施例は、加工段階で被加工物Ｗを固定する。支持体２０２の各実施例は更に、従動部材２０４が、被加工物Ｗの表面２０６に多重衝撃を与えている間、被加工物Ｗの反対側でアンビルとしての役割を果たす。更に、従動部材２０４による衝撃付与の段階で、様々な種類のクランプが支持体２０２と協働し、被加工物Ｗを定位置に固定する。以下に記述されるクランプは細長く、従動部材２０４による衝撃付与の段階で、支持体２０２の全長にわたって延在することもある。クランプは、各被加工物を、以下に示す例示的支持体の各々における選択された位置に固定するよう配置される。従動部材２０４は、上述の装置２１０のような装置によって動かされている。
【００２６】
図７を参照するに、被加工物Ｗは、被加工物Ｗのための支持体２０２である、平板２３０に取り付けられる。衝撃エネルギーは、従動部材２０４から、応力波として、被加工物の表面２０６に移動する。細長いクランプ２３２は、被加工物Ｗを平板２３０に接した状態で固定し、それによって、衝撃付与からの圧縮力のために被加工物Ｗの部分的な浮き上がりが起こり、エネルギーの損失が発生することを回避する。
【００２７】
図８を参照するに、支持体２０２は、被加工物Ｗを固定して、衝撃付与の段階での被加工物Ｗの浮き上がりを回避する、対向する細長い一対のクランプ２３４を備える。少なくとも１つの細長い中央クランプ２３６が、被加工物Ｗの反対側に取り付けられ、被加工物Ｗの表面２０６に対する従動部材２０４からの衝撃に対向して、アンビルの役割を果たす。応力波は、従動部材２０４を通り抜け、被加工物Ｗの表面２０６に移動する。結果として生じるエネルギーは次いで、被加工物Ｗの表面の反対側の空間へと移転する。一対の任意的なクランプ２３８が、表面２０６の、クランプ２３４とは反対の側に配置されうる。クランプ２３４及びクランプ２３６と２３８は、従動部材２０４による被加工物Ｗの衝撃付与の段階で、被加工物Ｗを固定しつつ、被加工物Ｗによるエネルギーの損失を低減する。
【００２８】
図９は、被加工物Ｗの上部表面２０６に衝撃を与える従動部材２０４に対向して作動する隆起アンビル部２４２を備えた、板部２４０が提供される、被加工物Ｗの支持の別の代替的実施例である。この実施例では、細長い一対の付勢クランプ２４４が、被加工物Ｗを固定するために提供される。ばね部２４６はクランプ２４４を付勢して、隆起アンビル部２４２に接した状態で被加工物Ｗを固定する。ばね部２４６は、上板部２５０を有する固定支柱２４８の周囲に配置される。ばね部２４６は、板部２５０とクランプ２４４の間に取り付けられる。応力波は、被加工物Ｗが固定されている間、被加工物Ｗを通り抜け、板部２４０に移動する。隆起部２４２は、従動部材２０４による被加工物Ｗの表面２０６への衝撃付与に対する、対向アンビルとしての役割を果たす。
【００２９】
図１０は、被加工物Ｗのための支持体２０２の、更に別の実施例である。細長いクランプ２６０は、被加工物Ｗの表面２０６に接した状態で取り付けられる。被加工物Ｗの反対側には、クランプ２６０に対向して、被加工物Ｗの反対の表面に接した状態で動作する、クランプ２６２が提供される。同様に細長いものでありうる任意的なクランプ２６４は、クランプ２６０に対向して、被加工物Ｗの反対側に接した状態で配置される。可動アンビル２６６は、被加工物Ｗの反対側に、従動部材２０４に対向して取り付けられる。アンビル２６６はＸ、Ｙ及びＺ方向に移動可能であり、表面２０６に対する従動部材２０４による衝撃付与に対向して動作する。被加工物Ｗは固定され、従動部材２０４による衝撃付与の段階で、被加工物Ｗの上部表面２０６へと移行する応力波のエネルギーの損失は低減される。
【００３０】
図１１を参照するに、従動部材２０４が被加工物Ｗの表面２０６に衝撃を与えている際の、加工段階の被加工物Ｗのための支持体２０２の、また更なる実施例がある。衝撃が従動部材２０４から上部表面２０６へと与えられる際に、被加工物Ｗの表面２０６の反対側に、空気のうアンビル２６８が提供される。細長い空気のうアンビル２６８は、衝撃付与段階で調整可能な形状を有する。細長い一対のクランプ２７０は、被加工物Ｗの上部表面２０６に当接する。空気のうアンビル２６８が、応力波を吸収しつつ被加工物Ｗを保持する結果として、エネルギー損失が低減される。
【００３１】
図１２を参照するに、支持体２０２の構造は図１１に類似しており、細長いクランプ２７４が被加工物Ｗの表面２０６に当接している。この実施例の空気のうアンビル２７２は、図１１の空気のうアンビルの調整可能形状とは対照的な、予備成形で形成された空気のうアンビルであり、図１１の実施例と類似の様態で機能する。クランプ２７４は、上記の実施例全て（図７〜１１）によって実現されるエネルギー損失の低減のため、被加工物Ｗの表面Ｓを固定する。エネルギー損失量の低減のため、支持体２０２の各々について、アンビルが提供される。
【００３２】
上述のように、図１３を参照するに、マニピュレータとエンドエフェクタを動作させるためにコントローラ２８０が提供されるフロー図が示されており、コントローラは、フロー図ボックス２８０内に「マニピュレータとエンドエフェクタのコントローラ」として表されている。装置２１０と従動部材２０４は、被加工物Ｗの表面２０６に対して、所与の周波数で多重衝撃を与えるよう、エンドエフェクタ２８４に取り付けられる。従動部材２０４は、フロー図ボックス２８４内に、「エンドエフェクタピーニング装置」として表されている。マニピュレータは、従動部材２０４が被加工物Ｗの全体にわたって移動し、かつ、被加工物Ｗの表面２０６に衝撃を与える間、エンドエフェクタと従動部材２０４を位置決めするために提供される。被加工物Ｗは、フロー図ボックス２８８内に、「部品」として特定される。制御は、フロー図ボックス２９０内に、「位置制御」として特定される。被加工物Ｗすなわち「部品」の物理的特性を変化させるための作業の方法は、図１３のフロー図を参照して記述される。フロー図に示す各動作区分は、既に記述された動作構成要素をも参照しつつ、作業の機能の各々と共に簡潔に説明される。
【００３３】
位置制御２９０は、支持体２０２上に配置された被加工物Ｗ（ボックス２８８の部品）の位置を決める。被加工物Ｗ（部品）が支持体２０２上に確実に取り付けられると、被加工物Ｗの位置標定がマニピュレータとエンドエフェクタのコントローラ（ボックス２８０）へと伝えられる。マニピュレータとエンドエフェクタのコントローラ２８０は、システム制御（図１３のフロー図には図示せず）から、被加工物Ｗ（部品）の位置及び経路データを受信する。マニピュレータとエンドエフェクタのコントローラは、プログラムされた走行経路を通るよう動作制御システムを動かす。マニピュレータとエンドエフェクタのコントローラは、被加工物Ｗに対するエンドエフェクタの現在地点において、エンドエフェクタピーニング装置又は従動部材２０４と通信する。マニピュレータは、前もって計画された動作経路内を移動するよう、エンドエフェクタを配置し、制御する。エンドエフェクタピーニング装置（ボックス２８４）は、コントローラ（ボックス２８０）に命じられたように、従動部材２０４に、被加工物Ｗ（部品）に多重衝撃を付与させる。従動部材２０４は、パラメータによって制御されるエンドエフェクタとマニピュレータの制御の下、支持体２０２上に固定されている被加工物Ｗの表面２０６全体にわたって移動する。
【００３４】
被加工物Ｗに衝撃を与えるために記述された装置を使用する方法の実行において、被加工物Ｗは、上述の支持体２０２のうち任意の１つでありうる支持体２０２上に、確実に配置される。位置制御は、マニピュレータとエンドエフェクタのコントローラに、支持体２０２上の被加工物Ｗの位置を提供する。
【００３５】
マニピュレータとエンドエフェクタのコントローラには、被加工物Ｗの物理的特性を変化させて所望の最終製品にするための、調整可能パラメータが備わる。被加工物の物理的特性を変化させるための調整可能パラメータは、１〜３５ジュールの範囲内の、被加工物Ｗへの衝撃のエネルギーレベル、被加工物Ｗへの衝撃の付与速度、及び被加工物Ｗへの衝撃の対象領域を含む。衝撃は、エンドエフェクタとマニピュレータが、対象領域すなわち被加工物Ｗの表面２０６の全体にわたって従動部材２０４を移動させる際に、被加工物Ｗの表面に、従動部材２０４によって与えられる。このことは、上述のように、被加工物Ｗの全体又はその一部が、支持体２０２上の確実な位置に取り付けられている時に行われる。装置２１０は、エンドエフェクタに取り付けられる。装置２１０の従動部材２０４は、更にパラメータを含む、マニピュレータとエンドエフェクタのコントローラ（ボックス２８０）の制御に基づく。衝撃付与は、所望の最終製品が実現された状態になるまで継続される。
【００３６】
本開示の装置と方法の両方の基本構成要素が、上記で記述された。選択された状況においては、被加工物Ｗを最初に与圧して予備的な外形に形成するための、追加の方法段階及び装置が提供されうる。被加工物Ｗに予備的な外形を形成するための被加工物Ｗの与圧の説明は、下記に記述される。
【００３７】
以下の開示は概して、与圧段階に後続する衝撃ピーニングに関する。ここで言う与圧とは、従動部材２０４による被加工物Ｗへの衝撃付与に先立って与圧が実行される時の、加工時間の全体的な短縮のような、より効率的な工程を提供するものである。被加工物Ｗが最初に与圧されている時には、従動部材２０４を用いて被加工物Ｗに衝撃を与えることで、より少ない力でより広い対象領域において、被加工物Ｗの成形が実現されうる。
【００３８】
図６を参照するに、矢印２９２で図示するように、被加工物Ｗの中央凹面を押圧することによって所望の外形が実現され、かつ、その外形は被加工物Ｗの最終外形にほぼ等しいものになりうることが、概略的に示されている。図のように、対向する爪部３０２は、矢印２９４で図示するように、被加工物Ｗに掛かる。矢印２９２で表されるように、従動部材２０４によって、与圧された被加工物Ｗの表面２０６に衝撃が与えられる際、与圧は徐々に弱まって被加工物Ｗを弛緩させ、後続の多重衝撃によって、与圧による外形は保持又は強化される。
【００３９】
図４は固定具、一般的には固定具３００を示しており、固定具３００には上外部に取り付けられた細長い爪部３０２があり、固定具３００の下中央部３０５には、ねじ式ボルト３０４が配置されている。被加工物Ｗは、被加工物Ｗの下側の輪郭に合致した上部表面を有する形成部材３０６によって、固定具３００内で形成される。被加工物Ｗの上部表面の上部／外部区域は、ボルト３０４が、被加工物Ｗの下部表面に接した状態で形成部材３０６に上向きの力を加えて被加工物Ｗを与圧する際に、爪部３０２によって保持されている。
【００４０】
図５を参照するに、代替的な固定具３１０が示されている。固定具３００と類似する固定具３１０の構造は、固定具３１０内で与圧されている被加工物Ｗの下部表面に接した状態で形成部材３０６を動かす、油圧ピストンアセンブリ３１２の使用を図５が示していることを除けば、固定具３００と実質的に同一である。油圧ピストンアセンブリ３１２は、固定具３１０の下側に固定されたねじ式ボルト３１６を有する外部フランジ３１４によって、固定具３１０の下側に取り付けられる。ピストンロッド３１８は、輪郭に合致した形成部材３０６の下側に固定される。この事例においても、被加工物の上部表面の上部／外部区域は、ピストンロッド３１８が、被加工物の下部表面に接した状態で形成部材３０６に上向きの力を加えて被加工物Ｗを与圧する際に、爪部３０２によって保持されている。
【００４１】
被加工物Ｗは、図４、５及び６に示すように、被加工物Ｗに予備的な外形を形成するために、最初に与圧される。被加工物Ｗ、又は被加工物の一部は、被加工物Ｗの凸面に対する従動部材２０４からの多重衝撃の付与による更なる加工のために、与圧固定具３００或いは３１０から支持体２０２へと移される。与圧された被加工物Ｗの加工は次いで、従動部材２０４によって与えられる多重衝撃に関する上述の様態で継続され、図６に見られるように、被加工物Ｗの凸面に衝撃を与える。
【００４２】
更に本開示は、以下の条項による実施形態を含む。
【００４３】
第１条  一表面を有する金属製被加工物の物理的特性を変化させるための装置であって、
被加工物のための支持体と、
被加工物の一表面に多重衝撃を与える従動部材、及び、
調整可能パラメータを有するコントローラであって、調整可能パラメータの範囲内で被加工物の表面に対して多重衝撃を与えて金属製被加工物の物理的特性を変化させるよう従動部材を操作するために、従動部材に動作可能な状態で接続されたコントローラを備える、装置。
【００４４】
第２条    被加工物のための支持体は一表面を有し、被加工物は、支持体の表面に当接する第２表面を有する、第１条に記載の装置。
【００４５】
第３条    支持体は更に、被加工物のための支持体上に被加工物を保持する細長いクランプを含む、第１条に記載の装置。
【００４６】
第４条    被加工物のための支持体は、被加工物の表面に当接するクランプを含み、支持体は更に、被加工物の第２表面に当接する少なくとも１つの追加クランプを含む、第２条に記載の装置。
【００４７】
第５条    支持体は更なるクランプを含み、更なるクランプは、被加工物の第２表面に当接し、被加工物の表面に当接するクランプに正対する、第４条に記載の装置。
【００４８】
第６条    被加工物のための支持体は、隆起した表面を含み、隆起した表面は、被加工物に対する従動部材の衝撃に対向するよう、アンビルを提供する、第１条に記載の装置。
【００４９】
第７条    支持体は更に、支持体上に被加工物を固定するための、及び、支持体の隆起した表面に接した状態で被加工物を固定するための付勢クランプを含む、第６条に記載の装置。
【００５０】
第８条    被加工物のための支持体は、被加工物の表面に衝撃を与える従動部材に対向し、被加工物の第２表面に当接するアンビルを含み、アンビルは、従動部材からの被加工物に対する衝撃に対向するよう、Ｘ、Ｙ及びＺ方向に可動式である、第２条に記載の装置。
【００５１】
第９条    装置は、従動部材からの被加工物の表面への多重衝撃の付与の段階で、被加工物の表面及び第２表面に当接する、少なくとも１対のクランプを含む、第２条に記載の装置。
【００５２】
第１０条  支持体は、被加工物の第２表面に当接する空気のうアンビルを含み、装置は更に、被加工物の表面に当接する、離間した１対のクランプを含む、第２条に記載の装置。
【００５３】
第１１条  空気のうアンビルは、予備成形の、及び形成された空気のうアンビルである、第１０条に記載の装置。
【００５４】
第１２条  装置は従動部材を動かすためのクランク機構を含み、クランク機構は、継続的に往復運動を行うラムピストンを有し、ラムピストンは、従動部材によって衝撃エネルギーへと変換されるエネルギーを生成し、衝撃エネルギーは、従動部材から被加工物の表面へと応力波として移動する、第１条に記載の装置。
【００５５】
第１３条  調整可能パラメータは、金属製被加工物の物理的特性を変化させるための、従動部材から被加工物への衝撃のエネルギーレベル、被加工物への従動部材による衝撃の付与速度、及び、従動部材による被加工物への衝撃の対象領域を含む、第１条に記載の装置。
【００５６】
第１４条  衝撃のエネルギーレベルは１〜３５ジュールの範囲内である、第１３条に記載の装置。
【００５７】
第１５条  コントローラ、マニピュレータ及びエンドエフェクタを含み、コントローラはマニピュレータとエンドエフェクタを操作して、従動部材に、調整可能パラメータの範囲内で、被加工物の表面に対して多重衝撃を付与させる、第１条に記載の装置。
【００５８】
第１６条  従動部材が被加工物に衝撃を与える前に被加工物に与圧するための固定具を含む、第１条に記載の装置。
【００５９】
第１７条  一表面を有する金属製被加工物の物理的特性を変化させるための方法であって、
被加工物を支持するステップと、
コントローラを提供するステップと、
コントローラに、被加工物の物理的特性を変化させるための調整可能パラメータを提供するステップと、
被加工物の表面に多重衝撃を与えるステップ、及び、
被加工物の物理的特性を変化させるために、調整可能パラメータを有するコントローラを用いて衝撃付与ステップを制御するステップを含む、方法。
【００６０】
第１８条  支持ステップの段階で、被加工物を固定することを更に含む、第１７条に記載の方法。
【００６１】
第１９条  被加工物上に第２表面を提供し、かつ、被加工物の表面をクランプ留めするステップ、及び、被加工物の表面のクランプ留めに正対するよう、被加工物の第２表面をクランプ留めするステップという、更なるステップを含む、第１７条に記載の方法。
【００６２】
第２０条  被加工物上に第２表面を提供し、かつ、被加工物の表面への多重衝撃に対向するよう、被加工物の第２表面に当接するアンビルを提供するステップを含む、第１７条に記載の方法。
【００６３】
第２１条  方法は更に、被加工物の物理的特性の変化の段階で、被加工物を支持しつつ被加工物を固定するための、付勢クランプを提供するステップを含む、第１７条に記載の方法。
【００６４】
第２２条  被加工物上に第２表面を提供し、かつ、被加工物の表面への多重衝撃に対向して被加工物の第２表面に当接するよう、アンビルを提供するステップを含み、アンビルは、被加工物に対する衝撃に正対するよう、Ｘ、Ｙ及びＺ方向に可動式である、第１７条に記載の方法。
【００６５】
第２３条  被加工物は第２表面を有し、方法は、被加工物の第２表面に当接する空気のうアンビルを提供するステップを含み、方法は更に、被加工物の表面に接して被加工物をクランプ留めするステップを含む、第１７条に記載の方法。
【００６６】
第２４条  被加工物の物理的特性を変化させるための調整可能パラメータは、被加工物への衝撃のエネルギーレベル、被加工物への衝撃の付与速度、及び、被加工物への衝撃の対象領域である、第１７条に記載の方法。
【００６７】
第２５条  エネルギーレベルは１〜３５ジュールの範囲内である、第２４条に記載の方法。
【００６８】
第２６条  被加工物は複数の表面を有する、第１７条に記載の方法。
【００６９】
第２７条  複数の表面を有する金属製被加工物の物理的特性を、最終的な金属製構成要素が実現するまで変化させるための方法であって、
被加工物に予備的な外形を形成するために、被加工物を与圧するステップと、
予備的な外形を有する被加工物を支持するステップと、
コントローラを提供するステップと、
コントローラに、予備的な外形を有する被加工物の物理的特性を変化させるための調整可能パラメータを提供するステップと、
被加工物の一表面に多重衝撃を与えるステップ、及び、
最終的な金属製構成要素が実現するまで被加工物の物理的特性を変化させるための調整可能パラメータを用いて、衝撃付与ステップを制御するステップを含む、方法。
【００７０】
第２８条  被加工物の凹面であることから、与圧ステップのための被加工物の一表面を選択し、かつ、与圧段階の被加工物のための固定具を提供するステップを含む、第２７条に記載の方法。
【００７１】
本開示を特定の実施形態を参照しながら説明してきたが、当業者であれば、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な変更や同等物による置換が可能であることが理解されよう。加えて、本開示の範囲から逸脱することなく、本開示の教示に多数の修正を加えて特定の状況又は材料に適応させることが可能である。したがって、本開示は、開示された特定の実施例に限定することを意図しておらず、添付の請求の範囲に含まれるすべての実施形態を含むものである。
【符号の説明】
【００７２】
２００  装置
２０２  支持体
２０４  従動部材
２０６  表面
２１０  装置
２１２  ハウジング
２１４  クランク
２１６  ピストン
２１８  Ｏ型リング
２２０  ラムピストン
２２２  空気ばね
２２４  拍動部品
２３０  平板
２３２  クランプ
２３４  クランプ
２３６  中央クランプ
２３８  クランプ
２４０  板部
２４２  隆起アンビル部
２４４  付勢クランプ
２４６  ばね部
２４８  固定支柱
２５０  上板部
２６０  クランプ
２６２  クランプ
２６４  任意的なクランプ
２６６  可動アンビル
２６８  空気のうアンビル（調整可能形状）
２７０  クランプ
２７２  空気のうアンビル（予備成形）
２７４  クランプ
２９２  矢印
２９４  矢印
３００  固定具
３０２  爪部
３０４  ねじ式ボルト
３０５  中央部
３０６  形成部材
３１０  固定具
３１２  油圧ピストンアセンブリ
３１４  外部フランジ
３１６  ねじ式ボルト
３１８  ピストンロッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2015061942.tif 000014
【図１３】
2015061942.tif 000015
【図１４】
2015061942.tif 000016
【図１５】
2015061942.tif 000017
【外国語明細書】
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2015061942000002.pdf
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