(57)【要約】柔軟な軌道の穴あけ機は、平坦でない加工物の表面に沿うために１方向で柔軟であり、かつ加工物の表面に平行な方向で実質的に硬いレールの対を用いる。レールは、各レールに沿って間隔を空けられた真空カップによって加工物に装着される。Ｘ軸運び台は、運び台に留められる柔軟なばねプレートに取付けられるローラによってレールにスライド可能に取付けられる。位置付けられるドリルまたはその他の装置は、Ｘ軸運び台にスライド可能に接続されるＹ軸運び台に取付けられる。加工物の三次元の表面は二次元の平坦なパターンに数学的に変換され、運び台の位置付けは平坦なパターンに基づいて制御される。
2006502867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工物の表面に関して機械構成要素を案内かつ位置付けるための装置であって、
第１および第２の細長い柔軟なレールを含み、前記レールは間隔を空けられかつ互いにほぼ平行であり、前記装置はさらに、
真空によって各レールを前記加工物の表面に解除可能に装着するために各レールに接続されかつそれに沿って間隔を空けられる複数の真空装着装置を含み、前記レールの幅は前記加工物の表面に実質的に平行に延在し、各レールは前記加工物の表面に実質的に追従するために必要に応じて曲がりかつ捩れ、前記装置はさらに、
前記機械構成要素を支持するように構成されかつ配置されるＸ軸運び台を含み、前記Ｘ軸運び台は、前記機械構成要素を前記加工物に関して位置付けるためにスライド可能に前記レールに係合し、かつ前記レールに沿って移動可能である、装置。
【請求項２】
各レールは、第１の曲げ軸について曲げられる際に比較的硬く、かつ前記第１の曲げ軸に直交する第２の曲げ軸について曲げられる際に比較的柔軟であり、各レールは、前記第１の曲げ軸が前記加工物表面に実質的に垂直で、かつ前記第２の曲げ軸が前記加工物表面に実質的に平行であるように前記加工物に取付けられる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
レールに沿った場所でレール間に接続され、前記場所でのレール間の間隔の距離を実質的に固定するための接続部材をさらに含み、前記レールは、前記場所から離れた他の場所では互いに向かっておよび互いから離れるように動く自由を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記装着装置は真空カップを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記Ｘ軸運び台は柔軟な取付け台によって前記レールに接続される、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記柔軟な取付け台は、プレート型のばねを含む、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記レールに沿って前記Ｘ軸運び台を駆動するためのＸ軸駆動装置をさらに含み、前記Ｘ軸駆動装置は前記プレート型のばねの１つに取付けられる、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記Ｘ軸駆動装置は、前記レールの１つにある協働部材に係合する駆動部材を含む、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記駆動部材は、前記プレート型のばねの開口部を通って延在する、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記Ｘ軸運び台は、前記レールと回転係合する回転部材によって前記レールにスライド可能に接続される、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記回転部材は、前記レールのさまざまな曲げおよび捩れを受入れるために前記Ｘ軸運び台に留められかつ前記Ｘ軸運び台に関して屈曲することのできる柔軟な取付け台に取付けられる、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記Ｘ軸運び台に取付けられるドリルをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記Ｘ軸運び台に接続されるアクチュエータ、および前記アクチュエータに結合される圧力脚を含み、前記アクチュエータは、前記圧力脚を前記圧力脚に対して一般に垂直に押
圧して、前記加工物と前記Ｘ軸運び台との間に予備負荷力を作用させるように動作可能である、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記圧力脚は、前記加工物の穴あけ中にドリルの推力によって引き起こされる反力が前記圧力脚を通じて反作用されて、前記圧力脚と前記加工物との間の前記予備負荷力が低減されるように前記ドリルに接続される、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記ドリルは、Ｙ軸に沿って前記Ｘ軸運び台上でスライド可能なＹ軸運び台に取付けられ、前記アクチュエータは、前記Ｙ軸運び台と前記ドリルとの間に接続される、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記アクチュエータは、流体で動作される複数のシリンダを含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
加工物に穴をあけるための装置であって、
レールの対を含み、その各々は各レールの幅を横切る方向に延在する軸について曲げられる際に比較的柔軟で、各レールの厚みの方向に延在する軸について曲げられる際に比較的硬く、前記装置はさらに、
各レールの前記厚みの方向が前記加工物の表面に実質的に垂直であるように、前記レールを前記加工物の表面に装着するために各レールに沿って間隔を空けられた場所で各レールに装着される複数の装着装置と、
その運び台に接続される複数のレール係合部材を介してスライド可能に前記レールに取付けられる運び台を含み、前記レール係合部材は前記運び台に装着される支持部に取付けられ、前記支持部およびレール係合部材は、前記レールのさまざまな曲げおよび捩れを受入れるために前記運び台とレールとの間の相対的な動きが可能になるように構成および配置され、前記装置はさらに、
前記運び台に担持されるドリルを含む、装置。
【請求項１８】
前記支持部は、ばねプレートを含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記レール係合部材は、ローラを含む、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記支持部は、球面軸受で前記運び台に装着される軸受車を含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項２１】
前記レール係合部材は、ローラを含む、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記支持部の１つに取付けられ、かつ前記レールの１つに沿って延在する協働する駆動される要素に係合する駆動要素に駆動接続する駆動モータをさらに含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項２３】
前記駆動要素は回転ギア要素であり、前記駆動される要素は線形のギア要素であり、前記支持部は間にレールの各々を受入れ、間隔を空けられたローラの弾性的な支持対であり、前記回転ギア要素はその回転軸が前記駆動モータを支持する前記支持部に取付けられた前記ローラの対の１つの回転軸と同一平面上にあるように配置される、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
加工物の複雑な外形を付けられた表面に関して機械構成要素を位置付けて、前記機械構成要素の機械の軸が前記加工物の表面に実質的に垂直になるようにする方法であって、
第１の曲げ軸について曲げられる際に比較的柔軟であり、かつ第２の曲げ軸について曲
げられる際に比較的柔軟でない間隔を空けられた柔軟なレールの対に第１の運び台をスライド可能に取付けるステップと、
前記第１の曲げ軸が前記加工物表面に実質的に平行で、かつ前記第２の曲げ軸が前記加工物表面に実質的に垂直になるように前記レールを前記加工物の表面に留めるステップとを含み、前記レールは、前記第１の運び台の基準軸がレールに沿ったどの位置でも前記加工物の表面に実質的に垂直になるように、前記加工物の表面に実質的に沿うように必要に応じて曲がりかつ捩れ、前記方法はさらに、
前記機械構成要素の前記機械の軸が前記第１の運び台の前記基準軸に沿って整列されるように、前記機械構成要素を前記第１の運び台に固定するステップとを含み、前記機械の軸は前記加工物表面に実質的に垂直に位置付けられる、方法。
【請求項２５】
前記第１の運び台に取付けられた第２の運び台を設けて、前記第２の運び台が前記加工物表面に平行なＹ軸によって規定される方向に沿って前記第１の運び台上でスライド可能になるようにするステップをさらに含み、前記第１の運び台は、前記Ｙ軸に垂直なＸ軸によって規定される方向に前記レールに沿ってスライド可能であり、前記機械構成要素は前記第２の運び台に留められる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
複雑な外形を付けられた加工物表面の、二次元の平坦なパターンへの数学的な変換を決定するステップ、および前記平坦なパターンに基づいて前記第１および第２の運び台の位置付けを制御するステップをさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
外形を付けられた表面を有する加工物に穴をあけるためにドリルを位置付けて、穴あけが前記加工物表面上のどの点でも前記加工物表面に実質的に垂直な軸に沿って行なわれるようにする方法であって、
前記加工物表面上の各点（ｘ，ｙ，ｚ）が平坦なパターン上の対応する点（Ｘ，Ｙ）に変換されるように、前記加工物表面の数学的な三次元の表現を二次元の平坦なパターンに変換するステップと、
前記ドリルを前記加工物表面に沿って位置付け、前記ドリルを点（ｘ1，ｙ1，ｚ1）に対応する前記平坦なパターン上の（Ｘ1，Ｙ1）に交差するように位置付けることによって、穴あけが所望の点（ｘ1，ｙ1，ｚ1）で行なわれるようにするステップと、
前記加工物表面に装着され、かつ穴あけ軸を前記加工物表面に実質的に垂直に自動的に配向する支持システムに前記ドリルを取付けることによって、その穴あけ軸を前記加工物表面に実質的に垂直にして、前記ドリルを前記点（ｘ1，ｙ1，ｚ1）に配向するステップとを含む、方法。
【請求項２８】
前記ドリルを配向するステップは、レールが前記加工物表面の外形に追従するために必要に応じて曲がり捩れるように、レールを互いにほぼ平行にして、間隔を空けられた柔軟なレールの対を前記加工物表面に装着するステップ、および前記ドリルを前記レールにスライド可能に取付けるステップを含み、前記レールは、穴あけ軸が前記レールに沿った前記ドリルのどの位置でも前記加工物表面に実質的に垂直であるように前記ドリルを位置付ける、請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
この発明は、航空機の翼および胴体セクションなどの単純な外形または複雑な外形を付けられたパネル等に構成される大型の加工物に穴あけまたはその他の作業動作を行なうための機械に関する。特に、この発明は、柔軟な軌道の機械、およびドリル、マーキング装置等の作業モジュールを加工物に取付けられかつインデックスを付けられた軌道に沿って移動させることによって加工物に対して位置付ける方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
航空機の翼および胴体のパネルならびにその他の種類の構造物などの大型の加工物に正確に穴をあけるという問題は、航空業界および他の業界でも進行中の課題であり、幅広い加工物の構成に適用可能な十分に満足のいく解決策は今のところまだ実現されていない。５軸の穴あけ機など大型の固定されたモニュメント機械（monument machine）はいくつかの種類の加工物に使用可能であるが、これらの機械は調達および動作に非常に費用がかかる。これに対して、この出願の譲受人およびその他によって開発されている上述の問題に対する比較的低費用の解決策は、加工物に取付けられた軌道に自動ドリルまたはその他の作業モジュールを取付けることである。ドリルまたはモジュールは、軌道に沿って移動する運び台に担持され、軌道は加工物に取付けられた平行なレールの対によって形成される。そのような装置の例としては、この出願の譲受人に譲渡されかつここに引用により援用される米国特許第４，８５０，７６３号、および米国特許第３，５７５，３６４号を参照されたい。
【０００３】
しかしながら、上述の特許では、図示されかつ説明される実施例は、複雑な外形を付けられた表面を有さない加工物に適用されている。ここで使用される「複雑な外形を付けられた」という用語は、２つ以上の方向の湾曲を有する表面を示すために使用される。そのような複雑な外形を付けられた表面では、一般に、真直ぐな柔軟なレールの対を並べて、レールが表面の外形に沿い、かつレールに沿ったすべての点で同じ距離だけ離れるようにすることは不可能である。したがって、球の表面は複雑な外形を付けられた表面の一例である。なぜなら、一般的な場合、表面に並べられた柔軟なレールの対の間の間隔は変化するからである。これに対して、円筒形は複雑な外形を付けられた表面を有さない。なぜなら、レールは、円周方向、軸方向または螺旋方向に並べることができ、かつそれらの間の間隔は一定にできるためである。上述の米国特許第３，５７５，３６４号では、柔軟なレールの対は円筒形の加工物の周りに円周方向に取付けられる。筒型の表面は単純な外形を付けられた表面であるため、そのような配置ではレールを完全に平行にできることが理解されるであろう。米国特許第３，５７５，３６４号のレールは柔軟に作られるため、さまざまな表面に沿うことができるが、そのような柔軟なレールでも、複雑な外形を付けられた表面に取付けられたときには、レールに沿ったすべての点で正確に同じ距離だけ離れるようにすることはできない。さらに、複雑な外形を付けられた表面の２つの異なる経路に沿って取付けられたレールは、２つの経路に沿った表面の法線の方向が異なるため、互いに異なる捩れ方をする。このことによって、レールに沿って運び台を移動させ、かつ運び台の位置付けの良好な精度を維持することは難しくなることがある。
【０００４】
間隔を空けられたレールの対を複雑な外形を付けられた表面に位置付けて、レールに沿ったすべての点でレールが同じ距離だけ離れるようにすることは可能であるが、特定の加工物の表面に対してレールを特別設計することによってのみ可能である。そのような特別設計のレールが異なる外形を付けられた表面で使用されると、それらはすべての点で同じ
距離だけ離れることはないであろう。複雑な外形を付けられた表面に取付けられたレールの対の上でドリルまたはその他の機械構成要素を移動できることが非常に望ましく、単純な外形を付けられた表面および複雑な外形を付けられた表面を含むさまざまな表面の外形で同じ装置を使用できることも望ましい。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
発明の概要
上述の必要性および他の利点は、さまざまな構成の単純な外形または複雑な外形を付けられた表面で使用可能なドリルまたはその他の機械構成要素を正確に位置付けるための柔軟な軌道の機械を提供する、この発明によって解決され、実現される。この機械は剛性のモニュメントまたは基礎を有さず、加工物自身が機械を支持する。具体的には、レールの対が加工物に取付けられ、ドリルまたはその他の機械構成要素がレールに沿って移動される。複雑な外形を付けられた表面にレールを並べることに関する上述の困難は、レールがすべての曲げ方向で柔軟になるようすると、それらがスプラインとして作用すること、およびレールが正確に平行になるようにレールに沿って間隔を空けられた複数の近接地点に各レールの場所を固定することを忠告しているように思われる。しかしながら、この発明はこの方法を取らない。
【０００６】
この発明に従って、間隔を空けられた柔軟なレールの対は、ドリルまたはその他の機械構成要素がそれに沿って移動されるＸ軸方向に沿ってレールが延在するように加工物に取付けられる。レールはほぼ平行に設置されるが、上述のように、表面が複雑な外形を有するときには正確には平行にならない。Ｘ軸運び台はレールにスライド可能に取付けられ、ドリルまたはその他の機械構成要素を支持する。Ｘ軸運び台は、運び台のＸ軸の場所を設定するためにレールのうちの１つのみを基準のレールとして使用して駆動される。他方のレールは基準として使用されず、ドリルの推力からなどのＺ軸方向（すなわち、加工物の表面に対して垂直）の運び台上の力に反作用するためにのみ使用される。レールは、第１の曲げ軸について曲げる際には比較的硬く、第１の曲げ軸に直交する第２の曲げ軸について曲げる際には比較的柔軟である。これは、この発明の好ましい実施例では、幅が厚みよりもずっと大きい細長いプレート型の構造にレールを構成することによって実現される。レールは、第１の曲げ軸が加工物表面に実質的に垂直（Ｚ軸に平行）でかつ第２の曲げ軸が加工物表面に実質的に平行（Ｙ軸に平行）になるように、プレート型のレールの主要な面を加工物表面に実質的に平行にして加工物に取付けられる。したがって、レールは曲がり、捩れることができ、加工物の表面の法線に実質的に追従する。このようにして、レールはＸ軸の運び台を位置付けることができるため、それはレールに沿ったどの所与の位置でも加工物の表面の法線を反映する。
【０００７】
機械構成要素は、上述のようにドリルであってもよいが、これらに限らないが加工物にマーキングを適用するためのマーキング装置または溶接装置を含むその他の種類の装置であってもよい。どの場合でも、機械構成要素は、Ｙ軸運び台を介してＸ軸運び台に取付けられ、Ｙ軸運び台は、Ｘ軸の運び台がレールに沿って移動する方向に横向きのＹ軸に沿って並進可能となるようにＸ軸運び台に取付けられる。したがって、機械構成要素は２つの軸の各々で独立して並進可能である。
【０００８】
それによって、この発明は、２つのみの軸、すなわち、Ｘ軸およびＹ軸での数値プログラミングによって、加工物に対するドリル等の三次元での位置付けを実現できるようにする。これは、ドリルがＸ軸運び台に適切に取付けられたときに、レールおよびＸ軸運び台が、加工物表面に垂直にドリルを自動的に位置付けるように働くためである。この発明の好ましい実施例によると、加工物の三次元の表面の数学的な定義は二次元の平坦なパターンに変換され、Ｘ軸およびＹ軸運び台駆動システムのためのコントローラの数値プログラ
ミングは、平坦なパターンの２つの軸で行なわれる。したがって、プログラミングは、３つ以上の軸でのプログラミングを必要とする従来の多軸機械と比較して、大きく簡略化される。
【０００９】
レールはさまざまな態様で加工物に装着することができる。一実施例では、間隔を空けられた複数の装着装置が加工物に取付けられ、レールは装着装置に解除可能に装着される。装着装置は真空によって加工物に装着してもよい。
【００１０】
Ｘ軸運び台は、複雑な外形を付けられた表面に取付けられたときに、１つの端部から他方の端部へと各レールに沿って生じるさまざまな曲げおよび／または捩れを受入れることのできる柔軟な取付け台によってレールに取付けられることが好ましい。柔軟な取付け台は、Ｘ軸運び台に留められかつレール係合ローラが取付けられたプレート型のばね、または球面軸受によってＸ軸運び台に結合されかつローラが取付けられた軸受車を含んでもよい。
【００１１】
好ましい実施例では、柔軟な取付け台は、各ばねの対向する端部がＸ軸運び台から片持ちで支持されるように中央近くでＸ軸運び台に強固に留められるプレート型のばねを含む。レール係合ローラは、ばねの片持ちされた端部に取付けられる。ばねの幅は中央で最も小さく、端部で大きいことが好ましく、このため、ばねは端部よりむしろ中央で捩れる。
【００１２】
Ｘ軸駆動装置は、レールの１つ（すなわち、基準レール）の上方に配置されるプレート型のばねの片持ちされた端部の１つに取付けられるピニオンギアを用いることが好ましい。ピニオンギアは基準レールに取付けられたラックに係合する。ピニオンギアの高さをラックに関して制御して、Ｘ軸運び台が基準レールに沿って駆動されるときにその高さが実質的に一定であるようにするため、ピニオンギアの回転軸は、ばねの端部に取付けられるローラの対の回転軸と同じ平面にあることが好ましい。ローラは、レールの対向する端縁が係合するＶ字型の溝を規定するＶ字型溝ローラであって、加工物表面に一般に垂直の方向でのレールに関するローラの動きを防止することが好ましい。
【００１３】
この発明による柔軟な軌道の穴あけ機の好ましい実施例では、穴をあける前にＸ軸運び台と加工物の表面との間に予備負荷力が適用され、予備負荷力の垂直の成分は、穴あけ中のドリルの推力によって引き起こされるＸ軸運び台の上の反力の垂直の成分よりも大きい。この予備負荷力は機械の安定を助ける働きをし、装着装置、レール、運び台等の間の接続に存在し得るＺ方向の遊びをとる。予備負荷力は、ドリルに装着された圧力脚によって適用されることが好ましい。圧力脚は、ドリルによって引き起こされる反力が圧力脚を通じて反作用されて、圧力脚と加工物との間の予備負荷力を低減するようにドリルに接続されることが好ましい。
【００１４】
この発明の上述および他の目的、特徴および利点は、添付の図面とともに以下の或る好ましい実施例の説明を読むことによってさらに明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
発明の詳細な説明
この発明の好ましい実施例が示される添付の図面を参照して、この発明を以下にさらに詳しく説明する。しかしながら、この発明は、多くのさまざまな形で実現可能であり、ここに記載される実施例に限定されるものとみなされるべきではない。これらの実施例は、この開示を完全かつ完璧なものにするためのものであり、この発明の範囲を当業者に十分に伝えるためのものである。同様の番号は全体に亘って同様の要素を示す。
【００１６】
図１を参照すると、この発明の１つの好ましい実施例による機械２０が示される。機械
はレール２２、２４の対を含み、そこに好ましくは真空カップアセンブリの形の複数の装着装置２６が各レールの長さに沿って間隔を空けられて解除可能に留められる。レール２２、２４は、幅方向に延在する軸について曲げられる際よりも厚み方向に延在する軸について曲げられる際に実質的に硬くなるように、厚みよりも実質的に大きい幅を有することが好ましい。レールは互いにほぼ平行に配向されるが、レールの間の横方向の間隔は、レールが複雑な外形を付けられた加工物の表面に取付けられるときには変化してもよい。レールは、１つの端部でのみ接続部材２８によって互いに剛的に留められることが好ましく、これはその端部でのレール間の間隔を固定する。レールに沿った他の場所では、レール間の間隔は上述のように変化し得る。レールの反対の端部に別の接続部材２８′があってもよいが、この接続部材２８′は「浮動」接続を提供し、加工物表面の外形に応じて必要なようにレール間の間隔を調整できるようにする。
【００１７】
真空カップが加工物表面に装着されたとき、レールの幅は加工物の表面に実質的に平行に延在する。レールは幅方向について容易に曲がりかつ長手軸について捩れることができるため、レールは必要に応じて屈曲し捩れて加工物の表面に実質的に追従し、真空カップアセンブリは各レールを加工物の表面から実質的に一定の距離に保つ。このように、レールの主要面は、各レールに沿ったどの点でも加工物の表面の法線に実質的に垂直である。
【００１８】
レールにＸ軸運び台３０（図２から図５）が取付けられ、これは運び台３０に取付けられかつレールに係合するローラ３２によってレールに沿ってスライドする。図示の実施例のＸ軸運び台３０はプレート型の部材を含む。ローラ３２は、運び台の対向する側端縁の各々に沿って取付けられる。具体的には、ばねプレート３４および３６（図５に最もよく示される）は、運び台の対向する側端縁の各々に下方面に隣接して運び台３０に装着される。ばねプレートは、各ばねプレートが運び台から片持ちされる２つの対向する端部部分を有するように、ばねプレートの対向する端部から内側に間隔を空けられた場所３７（図５）でＸ軸運び台に留められる。ローラ３２は、ばねプレート３４、３６のこれら片持ちされた端部部分に取付けられる。ばねプレート３４、３６の各々の各片持ちされた端部部分には２つの対向するローラ３２が取付けられている。各レール２２、２４は、対向するローラ３２の間に受入れられる。レール２２、２４は、ローラによって係合されるＶ字型の端縁を有し、ローラはＶ字型のレールの端縁を受入れるＶ字型の溝を有するＶ字型溝ローラであることが好ましい。したがって、ローラは、加工物の表面に実質的に垂直であるローラの回転軸に沿った方向でのローラとレールとの間の相対的な動きを防止する。
【００１９】
ローラが取付けられるばねプレート３４、３６は、必要に応じて（すなわち、Ｘ軸運び台がレールを移動するときの加工物の表面の外形によって決まる）屈曲し捩れて、Ｘ軸運び台３０とローラ３２との間の限られた程度の相対的な動きが可能となる。これは、ばねプレートを中央で比較的細くし、端部で広くなるようにして、ローラが取付けられる端部よりも中央でプレートが曲がり捩れるようにすることによって、容易になる。したがって、限られた程度の相対的な動きがＸ軸運び台とレール２２、２４との間で生じ得る。最終結果として、柔軟な軌道の機械２０は、レールが互いに対していくらか異なる曲がり方および捩れ方をする場合でも、Ｘ軸運び台がＸ軸（すなわち、レールの長さ方向に平行な軸）に沿ってレールを移動することを可能にする。実際、レール２２、２４は加工物表面の外形に沿い、したがって、レールによって規定される経路に沿ったどの点でも表面の法線に近似する。結果として、運び台の基準軸（図示の例では、運び台の平面に垂直の軸）は、レールに沿った運び台のどの位置でも加工物表面に実質的に垂直に維持される。
【００２０】
ラックピニオン配置のためのラック３８（図２および図３）は、ばねプレート３６に面するレール２４の面に沿って取付けられる。モータ４０および関連するギアボックス４２は、ばねプレート３６に取付けられる。ギアボックス４２からの出力シャフトにはピニオンギア４４が取付けられ、ばねプレート３６は窓４６（図４）を含み、ピニオンギアはそ
れを通ってレール２４上でラック３８に係合する。したがって、ピニオンギア４４の回転は、レールに沿ってＸ軸運び台３０を駆動する。ラック３８を有するレール２４は基準レールを含み、それに関してＸ軸運び台のＸ軸の位置付けが行なわれることが理解されるであろう。他方のレール２２に関して運び台のＸ軸の位置付けの決定または制御は行なわれない。
【００２１】
Ｘ軸運び台のＸ軸の位置付けの正確な制御には、ピニオンギア４４が基準レール２４に沿ったどの点でもラック３８に関して一定の高さを有することが重要である。この高さの制御を実現するため、ピニオンギア４４の回転軸は、ばねプレート３６の端部に取付けられる２つのローラ３２の回転軸によって規定されるのと同じ平面にあることが好ましい。具体的には、ローラ３２の軸は互いに平行でかつ加工物表面に実質的に垂直であり、ピニオンギア４４の軸は加工物の表面に実質的に平行でかつローラの軸の平面にある。
【００２２】
Ｙ軸運び台５０はＸ軸運び台３０の上部にスライド可能に取付けられるため、Ｙ軸運び台はＸ軸方向に垂直のＹ軸方向に沿って前後にスライドすることができる。具体的にはレール５２、５４の対はＸ軸運び台３０の対向する端縁に留められ、ローラ５６はＹ軸運び台に取付けられてレール５２、５４に係合する。ラックピニオン配置のためのラック５８は、レール５４（図５を参照）に隣接してＸ軸運び台の端縁に沿ってＸ軸運び台に留められる。モータ６０および関連するギアボックス６２は、ラック５８に隣接してＹ軸運び台に留められるプレート６４に取付けられる。プレート６４は、そこに窓を含み、ギアボックス６２の出力シャフトはその窓を通って延在し、ラック５８に係合するピニオンギア６６を駆動する。よって、ピニオンギア６６の回転はＹ軸方向でレール５２、５４に沿ったＹ軸運び台を駆動する。
【００２３】
Ｙ軸運び台の上部にクランプリングアセンブリ７０が取付けられ、これは図２に最もよく示される。クランプリングアセンブリは、図１に示されるようにドリルアセンブリ８０を支持し、安定させる。ドリルアセンブリ８０はドリルスピンドル９０を含む。図６はドリルアセンブリの一部分の断面を示し、ドリルスピンドル９０は図の左手側では後退させられた位置に、図の右手側では前進させられた位置に示される。ドリルスピンドルはＹ軸運び台５０の窓を通って延在し（図３および図４に示される）、さらにＹ軸方向に細長いＸ軸運び台３０の窓を通る（図５に示される）。ドリルスピンドルは流体シリンダ９２の対（図１）によって後退および前進され、そのシリンダ部分はドリルスピンドルに留められる。具体的には、シリンダ９２は、スピンドルに留められるプレート部材９４、９６の対の間に接続される。シリンダのロッドは下方プレート部材９６の開口部を通って延在し、Ｙ軸運び台上のクランプアセンブリ７０に留められるプレート部材９８に装着される。したがって、ロッドをシリンダ部分に後退させると、ドリルスピンドルは加工物に向かって前進し、ロッドを伸張させると、ドリルスピンドルは加工物から離れて後退する。このように、ドリルスピンドルに取付けられた回転ドリルビット（図示せず）を用いて加工物に穴をあけることができる。スピンドルがそれに沿って前進および後退されるドリルの軸は、Ｘ軸運び台５０の基準の軸に平行、すなわち、運び台の平面に垂直であり、したがって、加工物表面に実質的に垂直である。
【００２４】
ドリルスピンドルの前進のスピードをコントロールするため、機械は図１に示される液圧チェックシリンダ１００を含むことが好ましい。チェックシリンダは、プレート部材９８とプレート部材９４、９６および流体シリンダ９２とのアセンブリの間に接続され、スピンドルの前進のスピードを制限する減衰装置として働く。
【００２５】
図６を参照すると、ドリルアセンブリは圧力脚１０２を含み、これは加工物の表面に実質的に垂直の方向で加工物の表面に担持されるように伸張可能であるため、加工物とドリルの間に予備負荷を作用させる。ピストン１０４はドリルの本体１０６を囲み、そこに留
められる。ピストン１０４はシリンダ１０８に規定される環状の空間に受入れられ、これはＹ軸運び台のクランプリングアセンブリ７０を囲み、それに留められる。圧力脚１０２は、ドリルの本体にも留められる。ピストン１０４およびシリンダ１０８は、作業チャンバがピストン−シリンダユニットに規定されるように図示のようにシールを含み、これは入口ポート１１０を介して圧力を与えてピストン１０４を図６の下方に押しやり、ドリルを下方に押しやり、圧力脚１０２を加工物の表面に押しつけることができる。加工物に対して圧力脚によって作用される予備負荷は、穴あけ中にドリルの推力によって起こると予想される最大の反力よりも大きいことが好ましい。ドリルの推力の反力は圧力脚と加工物との間の予備負荷を低減するように作用し、表現を変えると、すべてのドリルの推力は圧力脚を通じて反作用される。予想される最大のドリルの推力よりも大きい力で予備負荷をかけることによって、穴あけ中の望ましくないスピンドルの動きを最低限にすることができる。
【００２６】
この発明の代替の実施例が部分的なアセンブリで図７に示される。この実施例は上述の実施例に類似であるが、ローラ３２をばねプレート３４、３６に取付ける代わりに、ローラ３２が軸受車３７に取付けられるところが異なる。２つの軸受車３７はＸ軸運び台３０の対向する側端縁の各々に取付けられる。各軸受車３７は、間にそれぞれのレール２２または２４を受入れる対向するローラ３２の２つの対を有し。軸受車３７は球面軸受３９によってＸ軸運び台３０に装着され、これによってＸ軸運び台に関して軸受車の回転運動が可能となる。軸受車３７および球面軸受３９は、上述の実施例ではばねプレート３４、３６が提供する相対的な動きを提供する。
【００２７】
この発明によると、加工物の複雑な外形を付けられた三次元の表面は、加工物表面上の２点間の曲線の距離が平坦なパターン上の対応する点の間の線形の距離に等しくなるように、平面または平坦なパターンに変形されるかまたはマッピングされる。具体的には、加工物表面の三次元の表現は、加工物表面上の各点（ｘ，ｙ，ｚ）が平坦なパターン上の対応する点（Ｘ，Ｙ）に変換されるように変換される。次に、ドリルが加工物の表面に沿って位置付けられ、点（ｘ1，ｙ1，ｚ1）に対応する平坦なパターン上の（Ｘ1，Ｙ1）に交差するようにドリルを位置付けることによって、穴あけが所望の点（ｘ1，ｙ1，ｚ1）で行なわれる。Ｘ軸およびＹ軸駆動モータのための数値コントローラは、平坦なパターンの二次元の軸システムでプログラムされる。平坦なパターンのＸ座標およびＹ座標は、運び台がそれに沿って移動するＸ軸およびＹ軸に一般に対応するが、一般に対応は正確でなく、機械の座標を平坦なパターンの座標に較正するために基準点が必要である。
【００２８】
平坦なパターンと機械の軸との間の関係を確立するため、２つの位置決め穴が加工物の既知の場所に、加工物が動作されるゾーンの各端部に１つずつあけられる。２つの位置決め穴を接続する線がレールによって規定されるＸ軸にほぼ平行になるように装置が加工物に装着されるため、位置決め穴は装置のＸ−Ｙ作業範囲内にある。ドリルスピンドルは装置から取外され、レーザエッジファインダ（図示せず）がその代わりに設置される。Ｘ軸およびＹ軸駆動モータは、レーザエッジファインダが位置決め穴の１つを検出するまで運び台を位置付けるように動作され、穴のＸ座標およびＹ座標がメモリに記憶され、このプロセスは他方の位置決め穴にも繰返される。（平坦なパターンに変換された）加工物の基準のフレームでの位置決め穴の座標は既知である。したがって、座標の変換は機械のＸ、Ｙ座標を平坦なパターンの加工物の座標に関連付けるために行なわれ、このため、機械を対応するＸ、Ｙ点に位置付けるためにＸおよびＹ駆動モータを制御することによって、機械を加工物の所望の点に位置付けることができる。
【００２９】
この発明の多くの変形および他の実施例が上述の説明の教示の利益を有するこの発明の属する分野の当業者には思い浮かぶであろう。たとえば、図示の実施例のレール２２、２４は厚みよりも幅がずっと大きいことによって、１つの軸についての相対的な柔軟性およ
び垂直の軸についての相対的な硬さを実現する。しかしながら、この特性を実現するには他に多くの方法があることが理解されるであろう。たとえば、レールは複合材料などのさまざまな方向でさまざまな弾性率を有する材料から作ってもよいし、またはレールの断面の形状は差異に基づく柔軟性を与えるように設計してもよい。さらに、ローラ３２はレールに係合するものとして示されるが、スライドブロック等の他の種類の部材をローラの代わりに使用してレールに係合させ、運び台３０をそれに沿ってスライドさせることができる。したがって、この発明はここに開示される具体的な実施例に限定されるのではなく、変形および他の実施例が請求の範囲内に含まれることが意図される。ここでは具体的な用語を用いたが、それらは一般的かつ説明的な意味でのみ用いられるものであり、限定のためのものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の好ましい一実施例による柔軟な軌道の穴あけ機の斜視図である。
【図２】ドリルスピンドルが取り外された機械の斜視図である。
【図３】図２と類似の斜視図であるが、真空カップがなく、ドリルスピンドルのための取付け要素がない図である。
【図４】レールに係合するＸ軸運び台およびＹ軸運び台のアセンブリを示す、一般に上方からの斜視図である。
【図５】図４に類似の一般に下方からの斜視図である。
【図６】機械のドリルアセンブリの断面図である。
【図７】この発明の代替の実施例の斜視図である。
【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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【国際調査報告】
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