40m の複合パーツの正確な加工を可能にするレーザーエンコーダテクノロジー

Flow International Corporation では、同社のCMC(複合マシニングセンター)に使用するレーザーエンコーダとして、レニショーの HS10 とHS20 を選択しました。

これらのレーザーエンコーダは1 週間に渡る長さ 4m までの複合パネルの加工サイクルにおいて、ppm 単位のX 軸の移動精度を実現します。

 Flow International Corporation の CMCでは、

長さ 40 メートルの複合ウィングスキンを単一セットアップで処理することができますが、1 週間に渡るこの加工サイクルにおいて、長い軸を維持する上での鍵となるのが、レニショーの HS10/HS20 レーザーエンコーダです。

レーザー干渉計の精度で距離を計測できるこれらの

エンコーダと付随するRCU10 リアルタイム補正装置は、CMC の X 軸で ppm 単位の位置決め精度を実現しす。

このレーザーエンコーダは、機械に物理スケールを取り付けて使用する場合に、補正する必要がある偏差を排除します。

Flow の CMC は、寸法偏差を低減しながら大規模な一体型パーツを製造する航空産業のニーズに応えるために設計された新しい工作機械です。

Flow の航空部門担当取締役のマーク・サバートン氏は、次のように説明します。

「航空産業全体を通して、パーツの偏差を低減するという目標があります。 これにより、アセンブリ時間と手間、

ツーリングを省くことを目指しています。 OEM では製品の重量と、プロセス時間を増やすアセンブリのシム作業を排除することを望んでおり冶具やシムを使用してパーツを公差内に収めるのではなく、アセンブリプロセスに到達するパーツが既に公差を満たすようにすることを望んでいます。

航空機パーツの偏差が少なければ、航空機の最終重量の管理もしやすくなります。」

Flow の CMC は、オートクレーブ処理された複合パーツのワンストップ処理センターとして製作されました。

これは、ミッドレールガントリーまたはデュアル移動コラム機として設定することができます。

ガントリー設計では、1 つのガントリーに2 つのラムを配置し、各ラムにはそれぞれ 5 軸リストを配しています。

ラムは、高圧ウォータージェット切削用と従来式の高速ルーティング用です。 CMCは、トリミング、穴あけ、表面削り、マーキング、検査など、ウィングスキンに対するすべての最終加工を単一セットアップで行うことができ、ここで仕上げられるパーツはアセンブリの準備が整った状態のパーツです。

この機械は、世界中のエアバスのパートナー企業によって広く使用されています。

CMC は、X 軸の標準長が 6 ~ 50m のものに加えて、カスタムサイズのモジュラー式のものが利用できます。

 

「 我が社では、X 軸に常にテープスケールを使用してきましたが、長さ 30 ~ 50m の物理スケールを機械に取り付けて使用する場合には、構造上の問題が発生するだけでなく、熱補正もかなり難しくなります」と Flow のシニア電気プロジェクトエンジニアのトッド・フックス氏は説明します。

 

「 130時間に渡る加工サイクルでは、機械の 40m の長さで発生する温度偏差は、空気調整を行った工場でも比較的大きなものになることがあります。 スケール自体と機械の母材の間の変化のために、偏差が非常に複雑になります。

このような長い軸上で正確なフィードバックを得るには、HS20 レーザーエンコーダを使用するのが最も簡単な方法です。」


ガントリーの各サイドにラック&ピニオン駆動機構を配したこの CMC は、X 軸のスプリットフィードバックを使用しており、各サイドのレーザーが位置決め上マスターとスレーブとして機能します。 レーザーは、駆動系の近くのアコーディオンカバーの下の清潔な乾燥気が流れるダクト内に配されているため、計測の安定性を保証すると同時に、レーザービームを遮断するような空気中の屑から保護されます。Flow はレニショーの HS10 レーザーエンコーダとその後続のHS20 を 24 の機械軸に使用しています。 機械への据え付けは、ドイツ、スペイン、フランス、英国でレニショーのエンジニアからのサポートを受けて行われました。 これらのエンコーダは、工作機械のキャリブレーションスペシャリストが位置決め誤差計測と補正に使用するのと同じレーザー干渉技術を使用していますが、異なる点は、エンコーダがガラスやテープの取り付け具やリゾルバを使用せずに、機械に恒久的に取り付けられたスケールとして設計されていることです。

 

レーザーエンコーダシステムは、テープやガラススケールと異なり、長い軸上で蓄積されることがある短期的な誤差がなく、1 m/秒の計測速度により、今日の高速工作機械にも対応することができます。

HS20 は IP43 準拠の防水性能を備え、硬質防酸化処理が施されているため、過酷な機械環境でも全般的な耐性を備えています。

 

「 40m のガントリーに対する我が社の X 軸の繰返し精度仕様は0.0381mmで、機械のキャリブレーションに使用されるレーザー干渉計と基本的に同じです」とフック氏は説明します。

 

「 さらに、レーザーではテープスケールの倍の分解能が得られますが、このサイズとタイプの機械では、それを活用することができません。」

 

セットアップとポストプロセス計測に不可欠なパーツ計測


X 軸の位置決め精度も、切削プロセスに不可欠なパーツ計測の一要因になります。 CMC では、セットアップ中のパーツの位置確認と加工後の完成パーツの寸法の確認にレニショーの RMP60 タッチプローブを使用しています。

 

「 ウィングスキンなど、これらのパーツの一部は、加工前に 100 万ドル近い価値があります」とフック氏は強調します。

 

「 機械に送られてくる時点では、CAD モデルとは程遠いため、加工前に広範な計測を行い、何度もベストフィット計算を行っています。」
タッチプローブは、コンパクトな設計のために、機械ヘッドでは到達が難しい箇所にもアクセスして計測を行うことができます。 FHSS(周波数ホッピングスペクトル拡散)信号伝達方式を使用しているため、ワイヤレス Wi-Fi や Bluetooth の通信信号が行き交う産業環境でも、複数のプローブシステムやその他の産業装置を共存させることができます。


「我が社はヨーロッパの多くの国でレーザーを装備した機械を既に使用しています。

レニショーの HS20 レーザーエンコーダは、テープスケールよりも導入しやすいだけでなく、信頼性が高く頑丈です」

とフック氏は付け加えています。

 

「 機械で高価値の重要パーツを切削するこれらの長い軸では、位置決め計測に最適なレーザー干渉計と同じ X 軸の位置決め精度が顧客から高く評価されます。RMP60 プローブと共に使用することで、顧客に真のメリットを提供することができます。」

 

 

 

背景


複合材は高強度と軽量性を備え、非常に正確な形状に加工できることから、従来のアルミ構造に比べて優れた利点を備えています。また、軽量化による燃料消費の低減、および整備における腐食チェックの必要性低減に伴うメンテナンスの手間の軽減なども挙げられます。 過去 20 年間では、航空機が新しく設計されるたびに、従来の資材の代わりに複合材製コンポーネントを使用する率(重量比)も増加しています。
しかし、超硬ファイバーと比較的弱い母材という組み合わせのために、従来の複合材の加工には問題が伴い、従来のプロセスで使用される高熱処理により変形と損傷が発生する可能性があります。このような問題は、アブレイシブウォータジェット切断により解決することができます。Flowinternational は、このプロセスを利用した技術と機械で世界をリードしています。