零件制造系统以及零件制造方法与流程

本发明涉及零件制造系统以及零件制造方法，特别涉及制造将板状部件即蒙皮与纵长状部件即纵梁组合而制作的航空器零件的零件制造系统以及零件制造方法。

背景技术：

主翼等航空器零件例如使板状部件即蒙皮与设置于蒙皮的纵长状部件即纵梁组合而构成。在航空器零件例如具有鞍式形状等三维曲面的情况下，例如利用喷丸成型方法，对蒙皮及纵梁进行加工，以形成为具有规定的曲面的形状。喷丸成型方法是将称为喷丸的钢球(例如直径为5mm)向被加工对象(工件)投射、使被加工对象发生塑性变形的加工方法。

例如，如图9a所示，相对于由平板状的蒙皮51、以及设置于蒙皮51的纵梁52形成的一体化材料50进行喷丸成型，使一体化材料50发生塑性变形。其结果是，如图9b所示，制作鞍式形状的航空器零件55。

在下面的专利文献1中，已经公开一种技术，其具有：主加工工序，其向与在平板部(主翼外板)设有加强部(纵梁)的一侧的面相反一侧的面高速投射喷丸，引发塑性变形，由此而成型；修正加工工序，其在主加工工序之后，相对于加强部高速投射喷丸。在修正加工工序中，对沿着加强部的长度方向的方向的板状金属部件的塑性变形进行修正。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：(日本)专利第3740103号公报

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

在喷丸成型方法中，在相对于被加工对象高速投射喷丸(钢球)期间，被加工对象逐次发生变形，喷丸所击打的位置也随之发生变化，因而难以对其变形过程进行精密的预测。因此，难以对击打喷丸预测适当的位置，并难以通过训练等提前设定喷丸的投射方向。

另外，在喷丸成型方法中，作为投射喷丸的方法而具有使用喷嘴或者叶轮(具有多个翼的旋转翼)的方法，但在任一情况下，都需要使喷嘴或者叶轮与被加工对象之间的距离离开规定的距离以上。因此，存在喷丸难以精度良好地击打的问题。

当喷丸击中被加工对象的角部、被加工对象的角部发生变形时，强度降低，所以，在航空器零件的情况下，在飞行时等作用有负载时，则可能成为龟裂等的原因。因此，具有一种技术，其对于被加工对象的角部等不希望通过喷丸成型方法发生变形的区域，利用橡胶片材等，防止喷丸直接击中。在该情况下，在实施喷丸成型前，相对于不希望喷丸击打的区域，需要进行粘贴橡胶片材的作业，因而存在花费时间与人工的问题。另外，在高速投射喷丸期间，橡胶片材可能被剥落，在橡胶片材被剥落的情况下，由于喷丸而使被加工对象的角部发生变形。

在形成具有复杂的三维形状的航空器零件的情况下，提前将被加工对象的加工部分分割为多个区域，对每个区域设定曲率半径及板厚的目标值。在该情况下，根据对每个区域设定的目标值，对每个区域设定喷丸的投射条件(例如喷丸流量，在喷嘴的情况下为气压，在叶轮的情况下为旋转数)。在现有的技术中，因为相对于被加工对象连续投射喷丸，同时改变喷丸的投射条件并使喷丸的投射位置移动，所以，在两个区域中进行移动期间(过渡期间)也进行喷丸的投射。因此，因为在喷丸的投射条件不稳定期间也相对于被加工对象投射喷丸，所以存在发生意料之外的变形的问题。

本发明是鉴于上述问题而提出的，目的在于提供一种零件制造系统以及零件制造方法，其在被加工对象发生变形期间，也能够相对于被加工对象精度良好地击打喷丸，能够实施精度良好的加工。

用于解决技术问题的技术方案

本发明的第一方式的零件制造系统具有：喷丸装置，其具有向被加工对象投射多个喷丸的喷嘴部、以及检测至所述被加工对象的距离的检测部；机器人装置，其具有安装有所述喷丸装置的手部、以及基于由所述检测部检测出的所述距离来控制所述手部并对所述喷丸装置的位置或者方向进行调整的控制部。

根据该结构，多个喷丸、例如钢球从喷嘴部向被加工对象投射，被加工对象发生变形。另外，利用检测部检测至被加工对象的距离，利用机器人装置，基于由检测部检测出的距离，对喷丸装置的位置或者方向进行调整。其结果是，能够向被加工对象的规定位置精度良好地击打喷丸。

在上述方式中，所述被加工对象为纵长状部件，所述检测部至少设有两个，所述控制部也可以基于利用由至少两个所述检测部检测出的所述距离算出的、至所述被加工对象的平均距离，对所述喷丸装置的位置进行调整。

根据该结构，利用至少两个检测部，检测至被加工对象的距离，算出至被加工对象的平均距离。然后，基于算出的平均距离，调整喷丸装置的位置。

在上述方式中，所述被加工对象为纵长状部件，所述检测部至少设有两个，所述控制部也可以基于利用由至少两个所述检测部检测出的所述距离算出的所述被加工对象的倾斜角度，对所述喷丸装置的方向进行调整。

根据该结构，利用至少两个检测部，检测至被加工对象的距离，算出被加工对象的倾斜角度。然后，基于算出的倾斜角度，调整喷丸装置的方向。

在上述方式中，所述喷丸装置也可以进而具有覆盖所述被加工对象的一部分的保护部。

根据该结构，在多个喷丸、例如钢球从喷嘴部向被加工对象投射、被加工对象发生变形时，因为由保护部覆盖了被加工对象的一部分，所以，能够防止由保护部覆盖的被加工对象的一部分的变形。

在上述方式中，所述喷丸装置进而具有拦截部，其能够设置在从所述喷嘴部至所述被加工对象的所述喷丸所通过的通路部、以及所述通路部的外部，所述拦截部在设置于所述通路部时，也可以使从所述喷嘴部投射的所述喷丸向与所述被加工对象不同的方向反射。

根据该结构，拦截部设置在从喷嘴部至被加工对象的喷丸所通过的通路部，或者设置在通路部的外部，在拦截部设置在通路部时，从喷嘴部投射的喷丸向与朝向被加工对象的方向不同的方向反射。其结果是，在拦截部设置在通路部期间，多个喷丸未向被加工对象投射，能够抑制被加工对象的变形。

本发明的第二方式的零件制造方法具有：投射步骤，喷嘴部将多个喷丸向被加工对象投射；检测步骤，检测部对至所述被加工对象的距离进行检测；调整步骤，安装有具有所述喷嘴部与所述检测部的喷丸装置的机器人装置基于由所述检测部检测出的所述距离，调整所述喷丸装置的位置或者方向。

发明的效果

根据本发明，在被加工对象发生变形期间，也能够相对于被加工对象精度良好地击打喷丸，能够实施精度良好的加工。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式的航空器零件制造系统的立体图。

图2是表示本发明的一个实施方式的喷丸装置的主视图。

图3是表示本发明的一个实施方式的喷丸装置的纵向剖视图。

图4是表示本发明的一个实施方式的喷丸装置的立体图。

图5是表示本发明的一个实施方式的喷丸装置的示意图。

图6是表示本发明的一个实施方式的航空器零件制造系统的方框图。

图7是表示利用本发明的一个实施方式的航空器零件制造系统的航空器零件的制造方法的流程图。

图8是表示本发明的一个实施方式的喷丸装置的变形例的立体图。

图9a是表示一体化材料的立体图。

图9b是表示相对于一体化材料实施了喷丸成型的航空器零件的立体图。

具体实施方式

本发明的一个实施方式的航空器零件制造系统1能够利用喷丸成型(喷丸加工)方法，使被加工对象发生变形。航空器零件制造系统1例如为了制作航空器零件而被应用。在此，航空器零件例如为航空器的主翼等。

在下面，针对为了制造航空器的主翼而使板状部件即蒙皮与纵长状部件即纵梁组合的情况进行说明。另外，在下面，如图9a所示，将利用喷丸成型方法实施加工前的蒙皮51与纵梁52一体地组合后的一体化材料50、以及实施加工前的蒙皮51或者纵梁52称为被加工对象(工件)。

此外，为了便于说明，将相对于被加工对象即纵梁52的长度方向平行的方向作为x轴，将相对于与纵梁52的长度方向垂直的宽度方向平行的方向作为y轴，将相对于纵梁52的高度方向平行的方向作为z轴。

多个纵梁52相对于蒙皮51的一个面，相对于一个方向平行地进行配置，与蒙皮51一体地组合。之后，相对于被一体化的蒙皮51与纵梁52(被加工对象)实施喷丸成型，使一体化材料50发生塑性变形，由此而制作具有三维曲面的主翼等航空器零件。喷丸成型方法是将称为喷丸的钢球(例如直径为5mm)向被加工对象投射、使被加工对象发生塑性变形的加工方法。如图9b所示，喷丸成型后的航空器零件55例如具有鞍式形状。即，由相对于xz平面平行的面切断的剖面在下侧具有凸形状的曲线，由相对于yz平面平行的面切断的剖面在上侧具有凸形状的曲线。

在本实施方式中，将被加工对象即纵梁52沿长度方向分割为多个区域，在每个区域使曲率半径及板厚的目标值改变。由此，进行加工，使被一体化的蒙皮51与纵梁52不只具有向一个方向弯曲的简单的曲面形状(圆锥形状或者圆筒形状)，还具有向两个方向弯曲的复杂的曲面形状(鞍式形状)。

如图1所示，本实施方式的航空器零件制造系统1具有：喷丸装置2、以及在手部5安装有喷丸装置2的加工用机器人3等。

如图1所示，加工用机器人3具有臂部4，在臂部4的前端固定有喷丸装置2、或者安装有把持喷丸装置2的手部5。加工用机器人3通过控制手部5的位置或者方向(姿势)，调整喷丸装置2的位置及方向(姿势)。加工用机器人3由控制部6进行控制。

如图1～图3所示，喷丸装置2具有：壳体7、喷丸供给部8、喷嘴9、拦截板10、反射板11、传感器12、以及保护部13等。

在壳体7安装有上述喷丸供给部8、喷嘴9、拦截板10、反射板11、传感器12以及保护部13等。

喷丸供给部8与外部的供给管(未图示)连接，经由供给管，连续供给多个喷丸。

在喷丸供给部8的前端、即喷丸移动的下游部设置有喷嘴9。从喷嘴9向被加工对象投射喷丸。喷丸供给部8及喷嘴9相对于壳体7，位置及方向被固定。在本实施方式中，如图5所示，从喷嘴9投射的喷丸击中反射板11，之后，击中被加工对象即纵梁52。

喷嘴9沿y轴向、在其间、隔着被加工对象即纵梁52而各设置一个。利用两个喷嘴9，能够向纵梁52两侧的板面投射喷丸。

喷丸从喷嘴9至反射板11通过通路部15。拦截板10是拦截部的一个例子，可移动地设置于壳体7，使之或设置于通路部15，或设置于通路部15的外部。在拦截板10向通路部15移动并设置时，从喷嘴9投射的喷丸向与朝向纵梁52的方向不同的方向反射。其结果是，在拦截板10设置于通路部15期间，多个喷丸未向纵梁52投射，能够抑制纵梁52的变形。另一方面，在拦截板10设置于通路部15的外部时，从喷嘴9投射的喷丸向反射板11投射，由反射板11反射的喷丸向纵梁52投射。

反射板11设置在通路部15的下游侧，是使喷丸反射的板状部件。反射板11使用难以因喷丸击中而变形的材料。反射板11例如使从喷嘴9投射的喷丸的移动方向朝向纵梁52而可变更地进行设置。朝向纵梁的喷丸的移动方向例如为相对于纵梁52的板面大致垂直的方向、或者在相对于板面而形成的角度为60°以上、90°以下的范围内。

在喷丸装置2的一端部形成有可插入纵梁52的开口部16。另外，为了能够插入纵长状的纵梁52，而在壳体7的侧面部形成有凹部17。在开口部16，沿x轴向设有防止喷丸击中蒙皮51的密封材料14。密封材料14例如为橡胶制。

传感器12设置在壳体7，检测与被加工对象即纵梁52或者蒙皮51的距离。传感器12例如为激光位移计，通过照射激光、接受反射的激光，来检测至被测量对象的距离。传感器12相对于壳体7固定了位置及方向，喷嘴9与传感器12的相对位置及相对方向恒定。因此，基于传感器12的检测结果，能够变更喷嘴9的位置及方向。需要说明的是，传感器12的设置方向可以相对于被测量对象垂直，也不一定垂直。基于根据传感器12的设置角度而换算的测量值，检测传感器12与被测量对象的距离。

如图4所示，传感器12a、12c沿设置于喷丸装置2的纵梁52的长度方向、即x轴向，分别配置在纵梁52的一侧。传感器12a、12c在喷丸装置2设置有被加工对象时，设置在向蒙皮51的板面照射激光的方向上。传感器12a、12c检测从传感器12a、12c至蒙皮51的距离。

如图4所示，传感器12d、12e沿设置于喷丸装置2的纵梁52的长度方向、即x轴向，分别设置在纵梁52的一侧。传感器12d、12e在喷丸装置2设置有被加工对象时，在向纵梁52的板面照射激光的方向上进行设置。传感器12d、12e检测从传感器12d、12e至纵梁52的距离。

如图4所示，传感器12a、12b沿设置于喷丸装置2的相对于纵梁52的长度方向的垂直方向的宽度方向、即y轴向，在其间、隔着纵梁52进行配置。传感器12a配置在纵梁52的一侧，传感器12b配置在纵梁52的另一侧。传感器12b在喷丸装置2设置有被加工对象时，设置在向蒙皮51的板面照射激光的方向上。传感器12b检测从传感器12b至蒙皮51的距离。

如图6所示，加工用机器人3的控制部6具有：位置算出部18、19、倾斜度算出部20、21、22、位置调整部23、倾斜度调整部24、投射控制部25、以及存储器26等。控制部6的动作通过运行提前存储的程序、由cpu等硬件资源来实现。

位置算出部18基于由传感器12a与传感器12c检测出的距离、由传感器12a与传感器12b检测出的距离、或者由传感器12a、传感器12b以及传感器12c检测出的距离，算出从传感器12a、12b、12c至蒙皮51的平均距离。需要说明的是，因为传感器12a、12b、12c的设置位置有时未设置在相同的高度上，所以，在该情况下，通过加权平均来算出距离。

位置算出部19基于由传感器12d及传感器12e检测出的距离，算出从传感器12d、12e至纵梁52的平均距离。需要说明的是，因为传感器12d、12e的设置位置有时未设置在相同的高度上，所以，在该情况下，通过加权平均来算出距离。

倾斜度算出部20利用由传感器12a及传感器12c检测出的距离，算出纵梁52长度方向相对于水平面的倾斜角度。即，利用倾斜度算出部20，算出围绕y轴的旋转角度。

倾斜度算出部21利用由传感器12a及传感器12b检测出的距离，算出纵梁宽度方向相对于水平面的倾斜角度。即，利用倾斜度算出部21，算出围绕x轴的旋转角度。

倾斜度算出部22利用由传感器12d及传感器12e检测出的距离，算出纵梁长度方向相对于x轴向的倾斜角度。即，利用倾斜度算出部22，算出围绕z轴的旋转角度。

位置调整部23基于由位置算出部18、19算出的平均距离，调整喷丸装置2的位置。

具体而言，位置调整部23通过利用由位置算出部18算出的、从传感器12a、12c至蒙皮51的平均距离，调整z轴向的投射位置。另外，位置调整部23通过利用由位置算出部19算出的、从传感器12d、12e至纵梁52的平均距离，调整y轴向的投射位置。

此时，位置调整部23算出校正距离，以使算出的至蒙皮51或者纵梁52的平均距离处于由规定阈值决定的范围内。然后，位置调整部23基于算出的校正距离，使加工用机器人3的臂部4及手部5沿z轴向或者y轴向移动，并使喷丸装置2的位置移动。规定阈值例如提前存储在存储器26中。

倾斜度调整部24基于由倾斜度算出部20、21、22算出的倾斜度，调整喷丸装置2的方向。

具体而言，倾斜度调整部24通过利用由倾斜度算出部20算出的围绕y轴的旋转角度，调整喷丸装置2围绕y轴的方向(姿势)。另外，倾斜度调整部24通过利用由倾斜度算出部21算出的围绕x轴的旋转角度，调整喷丸装置2围绕x轴的方向(姿势)。此外，倾斜度调整部24通过利用由倾斜度算出部22算出的围绕z轴的旋转角度，调整喷丸装置2围绕z轴的方向(姿势)。

此时，倾斜度调整部24算出校正角度，以使算出的围绕x轴、y轴、z轴的旋转角度处于由规定阈值决定的范围内。然后，倾斜度调整部24基于算出的校正角度，使加工用机器人3的手部5围绕x轴、y轴、z轴旋转，变更喷丸装置2的方向。规定阈值例如提前存储在存储器26中。

投射控制部25在判断算出的距离及角度处于由规定阈值决定的范围内时，相对于纵梁52投射喷丸。由此，喷丸装置2的位置及方向能够在喷丸的实施中以最佳的状态投射喷丸。

投射控制部25在判断喷丸装置2的位置及方向处于提前决定的范围内时，向通路部15的外部移动拦截板10，以相对于纵梁52实施喷丸的投射。另一方面，投射控制部25在判断喷丸装置2的位置及方向处于提前决定的范围外时，向通路部15移动拦截板10，以相对于纵梁52不实施喷丸的投射。

投射控制部25在投射开始后，基于纵梁52的板厚或者曲率的检测结果，判断纵梁52的板厚或者曲率是否已达到目标值，在判断板厚或者曲率已达到目标值时，停止喷丸的投射。在该情况下，设有检测纵梁52的板厚或者曲率的检测部(未图示)。另外，投射控制部25在投射开始后，判断是否已完成规定流量的投射，在判断已进行规定流量的投射时，停止喷丸的投射。因为停止喷丸的投射，所以，投射控制部25使拦截板10向通路部15移动。

如图2及图3所示，保护部13具有：覆盖纵梁52的上端部的盖部27、以及在将盖部27相对于纵梁52进行按压的方向上作用有力的弹性部28。盖部27例如为合成树脂制或者橡胶制部件，是沿纵梁52的长度方向、即x轴向在一个方向上较长的部件。由此，在多个喷丸从喷嘴9向被加工对象投射、被加工对象发生变形时，因为由保护部13的盖部27覆盖了被加工对象的一部分，所以能够防止由盖部27覆盖的被加工对象的一部分的变形。盖部27通过使与纵梁52相接的一侧的形状倾斜为伞状，能够可靠地保护被加工对象的角部。

弹性部28例如为压缩弹簧或者缸机构。弹性部28在纵梁52插入开口部16、使纵梁52的上端部与盖部27抵接时，在将盖部27相对于纵梁52进行按压的方向上作用有力。

需要说明的是，在上述实施方式中，针对沿x轴向、在纵梁52的一侧配置有传感器12a、12c的情况进行了说明，但如图8所示，此外也可以设置传感器12f。传感器12f与传感器12b一起，沿x轴向而配置在纵梁52的另一侧。由此，在蒙皮51的板厚在纵梁52的一侧与另一侧不同的情况下，能够更准确地检测至蒙皮51的距离。

接着，参照图7，针对利用本实施方式的航空器零件制造系统1的航空器零件的制造方法进行说明。

首先，在加工前的被加工对象之中实施喷丸成型的区域设置喷丸装置2(步骤s1)。此时，加工用机器人3也可以基于用于定位的标识等，检测实施加工的区域，并基于检测结果，移动喷丸装置2。在该情况下，在加工用机器人3上设置有检测实施加工的区域的检测部(未图示)。

当纵梁52插入喷丸装置2的开口部16(步骤s2)时，保护部13的盖部27与纵梁52抵接，弹性部28使力作用在相对于纵梁52按压盖部27的方向上。

然后，位置算出部18、19基于由传感器12检测出的距离，算出至蒙皮51或者纵梁52的平均距离。另外，位置调整部23通过利用算出的、至蒙皮51或者纵梁52的平均距离，调整喷丸装置2的位置。位置调整部23基于算出的校正距离，使加工用机器人3的手部5沿z轴向或者y轴向移动，并使喷丸装置2的位置移动(步骤s3)。

另外，倾斜度算出部20、21、22基于由传感器12检测出的距离，算出喷丸装置2的倾斜度，倾斜度调整部24对喷丸装置2的方向进行调整。倾斜度调整部24基于算出的校正角度，使加工用机器人3的手部5围绕x轴、y轴、z轴旋转，从而变更喷丸装置2的方向(步骤s4)。

另外，判断由位置算出部18、19及倾斜度算出部20、21、22算出的距离及角度是否处于由规定阈值决定的范围内(步骤s5)。在算出的距离及角度处于由规定阈值决定的范围外时，继续进行步骤s3及s4的喷丸装置2的位置及方向的调整。

在判断算出的距离及角度处于由规定阈值决定的范围内时，相对于纵梁52投射喷丸(步骤s6)。在投射喷丸期间，判断由位置算出部18、19及倾斜度算出部20、21、22算出的距离及角度是否处于由规定阈值决定的范围内(步骤s7)。在算出的距离及角度处于由规定阈值决定的范围外时，进行步骤s3及s4的喷丸装置2的位置及方向的调整。即，在投射喷丸期间，因为被加工对象即纵梁52与蒙皮51逐次发生变形，所以继续调整喷丸装置2的位置及方向，以使喷丸装置2的位置及方向始终处于提前决定的范围内。

然后，在投射开始后，基于纵梁52的板厚或者曲率的检测结果，判断纵梁52的板厚或者曲率是否已达到目标值(步骤s8)，在判断板厚或者曲率已达到目标值时，停止喷丸的投射(步骤s9)。或者，在投射开始后，判断是否已完成规定流量的投射(步骤s8)，在判断已投射规定流量时，停止喷丸的投射(步骤s9)。此时，因为停止喷丸相对于纵梁52的投射，所以，使拦截板10向通路部15移动。

然后，判断是否已相对于实施喷丸成型的所有区域实施了喷丸成型(步骤s10)。在未相对于所有区域实施喷丸成型的情况下，将喷丸装置2向实施喷丸成型的其它区域移动(步骤s11)。在移动了喷丸装置2后，与上述方法相同地，检测喷丸装置2的位置及方向，同时实施喷丸成型(步骤s1之后的步骤)。另一方面，在判断已相对于所有的区域实施完成喷丸成型的情况下，结束一系列的动作。

上面，根据本实施方式，在由喷丸装置2投射喷丸期间，检测喷丸装置2的位置及方向，同时调整喷丸装置2的位置及方向。在被加工对象即纵梁52和蒙皮51逐次发生变形期间，也能够调整喷丸装置2的位置及方向，以使之为提前决定的规定的位置或者方向。由此，能够始终向提前决定的被加工对象的规定的位置，精度良好地击打喷丸。其结果是，能够相对于由纵梁52及蒙皮51形成的被加工对象实施精度良好的加工。

另外，因为在喷丸中由保护部13保护纵梁52的上端部，所以，能够防止因喷丸击中纵梁52的角部而发生的变形，不会产生龟裂等，强度也不会降低。以往，相对于纵梁52的角部等不希望实施变形的区域，利用橡胶片材等来防止喷丸直接击中，但根据本实施方式，能够减少粘贴橡胶片材的作业所需要的时间与人工，能够减少橡胶片材等辅助材料的使用。另外，因为由安装于壳体7的保护部13进行保护，并且在盖部27向纵梁52作用有押压力，所以，在高速投射喷丸期间，保护部13不会被剥落。因此，与粘贴橡胶片材的情况相比，能够可靠地保护纵梁52的端部。

此外，因为利用拦截板10能够对喷丸的投射及不投射进行切换，所以，能够在两个实施喷丸成型的位置的区域进行移动期间(过渡期间)，停止喷丸的投射。因此，能够只在可靠地确定了喷丸装置2的位置及方向期间，相对于纵梁52投射喷丸，在喷丸的投射条件不稳定期间不投射喷丸，所以，难以发生意料之外的变形。因此，能够相对于由纵梁52及蒙皮51形成的被加工对象实施精度良好的加工。

附图标记说明

1航空器零件制造系统；2喷丸装置；3加工用机器人；4臂部；5手部；6控制部；7壳体；8喷丸供给部；9喷嘴；10拦截板；11反射板；12传感器；12a传感器；12b传感器；12c传感器；12d传感器；12e传感器；12f传感器；13保护部；14密封材料；15通路部；16开口部；17凹部；18位置算出部；19位置算出部；20倾斜度算出部；21倾斜度算出部；22倾斜度算出部；23位置调整部；24倾斜度调整部；25投射控制部；26存储器；27盖部；28弹性部；50一体化材料；51蒙皮；52纵梁；55航空器零件。