CN104999519A - 用于选择性切割蜂窝芯的侧壁的自动化设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于选择性切割蜂窝芯(208)的侧壁(216)的自动化设备(200)及方法。自动化设备(200)包括：末端执行器(206)；切割工具(202)，其连接到所述末端执行器(206)，其中，所述末端执行器(206)被构造成基于所述蜂窝芯(208)的示意性几何形状(228)而将所述切割工具(202)定位在初始切割位置(230)。自动化设备(200)还包括适应性视觉系统(224)，该适应性视觉系统被构造成引导所述末端执行器(206)，以基于所述适应性视觉系统(224)获取的所述蜂窝芯(208)的实际几何形状来修改所述初始切割位置(230)。

Description

用于选择性切割蜂窝芯的侧壁的自动化设备及方法
技术领域
本公开的领域总体上涉及蜂窝结构，更具体地，涉及蜂窝结构的侧壁的自动化切割的设备和方法。
背景技术
也被称为蜂窝芯的蜂窝结构通常包括被成形为所需形式的多个六边形单元。蜂窝结构典型地由诸如金属、纸张和/或复合材料的薄平坦基体材料制成。将平坦基体材料切割成窄的细长带，该细长带被折叠或弯曲成半六边形的峰和谷的成轮廓带。例如，可按规则间隔开的间隔划分材料的细长带。为了形成正六边形形状的单元，划线与带的端部基本上平行地对准并且将材料沿着划线在一个方向上以60°折叠两次，然后以连续交替的顺序在相反方向上折叠两次。然后，通过粘合剂、点焊、铜焊或其它已知的连接方法将所得的折叠带连接在一起，以形成具有一系列六边形形状的单元的结构，从而形成平坦的蜂窝芯结构。
至少一些已知的航空器组件实施了用于使发动机噪声衰减的发动机舱的隔音板中的蜂窝结构。用于航空器组件的已知隔音板的尺寸通常非常大。制造单个大隔音板通常需要将多个蜂窝结构连接在一起。例如，为了形成增大尺寸的隔音板，常常通过将单独的蜂窝结构切割成所需形状和轮廓并且将单独的蜂窝结构连接于其各个侧壁襟翼而将多个蜂窝结构拼接在一起。通常，必须精确切割蜂窝结构，使得侧壁襟翼具有预定长度。然而，精确切割蜂窝结构是耗时且费力的任务。此外，由蜂窝结构制造过程导致的蜂窝结构中的变形形式使得难以确保以预定长度形成侧壁襟翼。
发明内容
在一个方面，提供了一种选择性切割蜂窝芯的侧壁的自动化设备。该设备包括：末端执行器；切割工具，其连接到所述末端执行器，其中，所述末端执行器被构造成基于所述蜂窝芯的示意性几何形状而将所述切割工具定位在初始切割位置。所述自动化设备还包括适应性视觉系统，该适应性视觉系统被构造成引导所述末端执行器以基于所述适应性视觉系统获取的所述蜂窝芯的实际几何形状来修改所述初始切割位置。
在另一个方面，提供了一种用于选择性切割蜂窝芯的侧壁的自动化设备的末端执行器。所述末端执行器包括：切割工具，其连接到所述末端执行器，其中，所述末端执行器被构造成基于所述蜂窝芯的示意性几何形状而将所述切割工具定位在初始切割位置。所述末端执行器还包括适应性视觉系统，该适应性视觉系统被构造成引导所述末端执行器以基于所述适应性视觉系统获取的所述蜂窝芯的实际几何形状来修改所述初始切割位置。
在又一个方面，提供了一种选择性切割蜂窝芯的侧壁的方法。所述侧壁通过使用包括切割工具和适应性视觉系统的自动化设备而被选择性切割，所述方法包括：基于所述蜂窝芯的示意性几何形状而将所述切割工具定位在初始切割位置，利用所述适应性视觉系统获取所述蜂窝芯的实际几何形状，以及基于所述适应性视觉系统获取的蜂窝芯的实际几何形状来修改所述切割工具的初始切割位置。
附图说明
图1是示例性航空器制造和维修方法的流程图。
图2是示例性航空器的框图。
图3是示例性自动化设备的立体图。
图4是可用于图3中示出的自动化设备的示例性切割工具的放大立体图。
图5是蜂窝芯的示意性图示。
图6是沿着图5中的区域6截取的示出蜂窝芯的示意性图示。
图7是图6中示出的蜂窝芯在被选择性切割之后的示意性图示。
具体实施方式
本文中描述的实现方式涉及用于选择性切割蜂窝芯的侧壁的自动化设备。在示例性实现方式中，自动化设备包括切割工具和适应性视觉系统，该适应性视觉系统有助于修改切割工具相对于蜂窝芯的预定的工具路径。具体地，切割工具的预定的工具路径被编程，以确定沿着蜂窝芯的示意性几何形状的多个初始化切割位置。选择预定的工具路径以形成具有所需几何形状的蜂窝芯。因为制造蜂窝芯可能是不精确的过程，所以蜂窝芯的示意性几何形状和实际几何形状之间的芯单元偏移将降低沿着预定的工具路径切割的蜂窝芯基本上匹配所需几何形状的可能性。如此，适应性视觉系统有助于修改初始切割位置，以更准确地切割蜂窝芯的侧壁。
参照附图，可在航空器制造和维修方法100(图1中示出)的背景下并且借助航空器102(图2中示出)来描述本公开的实现方式。在预制造期间，包括在规格和设计104期间，可在制造过程期间使用航空器102的数据，并且可采购106与机身关联的其它材料。在制造期间，在航空器102进入其审定和运输过程112之前，发生组件和子组件制造108以及航空器102的系统整合110。在成功满足并完成机身审定之后，航空器102可投入运行114。当由顾客投入运行时，可安排对航空器102进行周期性、常规和预定的维护和维修116，包括例如任何改装、重构、和/或翻新。在替代实现方式中，可借助除了航空器之外的交通工具实现制造和维修方法100。
可由系统整合商、第三方和/或运营商(例如，顾客)执行或完成与航空器制造和/维修100关联的各部分和过程。出于进行此描述的目的，系统整合商可包括(而不限于)任何数量的航空器制造商和主系统分包商；第三方可包括(而不限于)任何数量的售卖方、分包商和供应商；并且运营商可以是航空公司、租赁公司、军事单位、服务组织等。
如图2中所示，借助方法100制造的航空器102可包括带有多个系统120和内部122的机身118。高级系统120的示例包括推进系统124、电子系统126、液压系统128和/或环境系统130中的一个或多个。可包括任何数量的其它系统。
可在方法100的任一个或多个阶段期间采用本文中实施的设备和方法。例如，可用与航空器102投入运行时制作的组件或子组件类似的方式构造或制造与组件制作过程108对应的组件或子组件。另外，例如，通过大幅度加速航空器102的组装和/或降低组装航空器102的成本，可以在制造阶段108和110期间利用一个或多个设备实施方式、方法实施方式、或其组合。类似地，可以在航空器102处于维修或维护时(例如，在常规维护和维修116时)，利用设备实施方式、方法实施方式、或其组合中的一个或多个。
如本文中使用的，术语“航空器”可包括但不限于仅仅包括航空器、无人驾驶飞行器(UAV)、滑翔机、直升航空器、和/或经过领空的任何其它物体。另外，在替代实现方式中，可在任何制造和/或维修操作中使用本文中描述的航空器制造和维修方法。
图3是示例性自动化设备200的立体图，图4是可用于自动化设备200的示例性切割工具202的放大立体图。在示例性实现方式中，自动化设备200包括机械手臂204、连接到机械手臂204的末端执行器206以及连接到末端执行器206的切割工具202。机械手臂204和末端执行器206有助于使切割工具202相对于诸如蜂窝芯208的工件(未示出)移动。蜂窝芯208包括限定多个基本上六边形的芯单元210的侧壁216。另选地，可构造蜂窝芯208，使得芯单元210具有任何横截面形状。
切割工具202包括引导部分212，确定引导部分212的尺寸以按照间隙配合的方式插入蜂窝芯208的至少一个芯单元210。具体地，引导部分212包括插入部分214，确定各插入部分214的尺寸以适于插入，并且各插入部分214具有基本上与各个芯单元210互补的横截面形状。将引导部分212插入芯单元210，这有助于当切割芯单元210的侧壁216时稳定切割工具202。引导部分212还包括被确定尺寸以在其中接纳切割器220的切割器槽218。引导部分212有助于在相对于蜂窝芯的外表面222基本上正交的方向上引导切割器220。更具体地，切割器槽218在相对于外表面222基本上正交的方向上延伸，使得基本上在正交的方向上切割芯单元210的侧壁216。切割器220可与引导部分212可滑动地连接，更具体地，可在切割器槽218内平移，以选择性切割侧壁216。切割器220可以是使切割工具202如本文所述地作用的任何切割机构。示例性的切割机构包括但不限于超声切割机构。在替代实现方式中，切割器220直接连接到末端执行器206，使得可不需要引导部分212。
在示例性实现方式中，自动化设备200包括与机械手臂204和/或末端执行器206以通信方式连接的适应性视觉系统224。如以下将更详细描述的，适应性视觉系统224获取与蜂窝芯208的实际几何形状相关的数据，并且引导机械手臂204和/或末端执行器206，以相对于蜂窝芯208选择性修改切割工具202的预定的工具路径(图5至图7中示出)。
图5是蜂窝芯208(图4中示出)的示意性图示，图6是沿着区域6截取的蜂窝芯208的示意性图示，并且图7是在被选择性切割之后蜂窝芯208的示意性图示。在示例性实现方式中，自动化设备200(图3中示出)的切割程序包括覆盖在蜂窝芯208的理论和/或示意性几何形状228上的供切割工具202(图4中示出)用的预定的工具路径226。选择预定的工具路径226，以在蜂窝芯208中形成预定形状。例如，虽然被示出为基本上圆形的形状，但预定的工具路径226可被选择成在蜂窝芯208中形成任何合适的形状和/或可被选择成形成蜂窝芯208以具有任何合适的几何形状。预定的工具路径226包括沿着该预定的工具路径226的供切割工具202用的多个初始切割位置230，这些初始切割位置230处于侧壁216和预定的工具路径226之间的交叉处。
在操作中，切割程序基于蜂窝芯208的示意性几何形状228，引导机械手臂204和/或末端执行器206沿着预定的工具路径226将切割工具202(均在图3中示出)定位在第一初始切割位置230。然后，适应性视觉系统224(图3中示出)获取蜂窝芯208的实际几何形状。具体地，适应性视觉系统224有助于针对与第一初始切割位置230相邻的芯单元210确定蜂窝芯208的示意性几何形状228和实际几何形状之间的芯单元偏移(未示出)。如此，切割程序使用芯单元偏移使末端执行器206能够正确地取向和/或将切割工具202相对于蜂窝芯208基本上对准。更具体地，在示例性实现方式中，使用芯单元偏移修改第一初始切割位置230，以将切割工具202定位在第一最终切割位置232，并且当引导部分212被插入芯单元210中时正确地取向引导部分212。在一个实现方式中，末端执行器206能够绕其中心轴234(图3中示出)旋转以将引导部分212与芯单元210基本上对准，并且将切割器槽218(图4中示出)与第一最终切割位置232基本上对准。然后，切割器220在切割器槽218(均在图4中示出)内平移，以切割蜂窝芯208并且形成第一切割侧壁236。
在一些实现方式中，切割工具202相对于蜂窝芯208的取向和/或对准还至少部分地基于切割蜂窝芯208，使得第一切割侧壁236具有预定长度L。选择预定长度L以为第一切割侧壁236提供足够的表面积以有效地连接到另外的蜂窝结构(未示出)。例如，在示例性实现方式中，适应性视觉系统224有助于修改第一初始切割位置230，以将切割工具202定位在第一最终切割位置232，使得在邻近的芯单元210的交叉处(未示出)切割侧壁216。如此，在第一最终切割位置232切割蜂窝芯208有助于增大切割侧壁236的表面积。
一旦切割了第一最终切割位置232处的侧壁216，切割工具202就脱离蜂窝芯208并且机械手臂204和/或末端执行器206将切割工具202定位在第二初始切割位置238。然后，适应性视觉系统224获取蜂窝芯208的实际几何形状，切割程序使用芯单元偏移来使末端执行器206能够正确地取向和/或将切割工具202相对于蜂窝芯208基本上对准，并且切割程序使用芯单元偏移来修改第二初始切割位置238，以将切割工具202定位在第二最终切割位置240。然后，切割器220在切割器槽218内平移，以切割蜂窝芯208并且形成第二切割侧壁242。重复这个过程，直到得到蜂窝芯208预定的形状和/或几何形状。
本文中还提供了选择性切割蜂窝芯208的侧壁216的方法。使用包括切割工具202和适应性视觉系统224的自动化设备200选择性切割侧壁216。该方法包括：基于蜂窝芯208的示意性几何形状228而将切割工具202定位在初始切割位置230，利用适应性视觉系统224获取蜂窝芯208的实际几何形状，以及基于适应性视觉系统224获取的蜂窝芯208的实际几何形状来修改切割工具202的初始切割位置230。
该方法还包括：确定蜂窝芯208的示意性几何形状228和实际几何形状之间的芯单元偏移，并且至少部分地基于芯单元偏移来修改初始切割位置230以将切割工具202定位在最终切割位置232或240。此外，该方法包括：按照间隙配合的方式将切割工具202的引导部分212插入蜂窝芯208的至少一个芯单元210中，并且使切割器220在引导部分212的切割器槽218内平移以选择性切割侧壁216。在一个实现方式中，插入引导部分212的步骤包括：使用适应性视觉系统224将引导部分与至少一个芯单元210基本上对准。在另一个实现方式中，平移切割器220的步骤包括：使切割器220在相对于蜂窝芯208的外表面222的基本上正交的方向上平移。
另外，本公开包括根据下面条款的实施方式：
条款1.一种用于选择性切割蜂窝芯的侧壁的自动化设备，所述自动化设备包括：末端执行器；切割工具，其连接到所述末端执行器，其中，所述末端执行器被构造成基于所述蜂窝芯的示意性几何形状而将所述切割工具定位在初始切割位置；以及适应性视觉系统，其被构造成引导所述末端执行器，以基于所述适应性视觉系统获取的所述蜂窝芯的实际几何形状来修改所述初始切割位置。
条款2.根据条款1所述的设备，其中，所述末端执行器被构造成使所述切割工具相对于所述蜂窝芯沿着预定的工具路径移动，所述预定的工具路径包括多个初始切割位置。
条款3.根据条款1所述的设备，其中，所述适应性视觉系统被进一步构造成：确定所述蜂窝芯的示意性几何形状和实际几何形状之间的芯单元偏移；以及至少部分基于所述芯单元偏移来修改所述切割工具的初始切割位置，其中，所述初始切割位置被修改以将所述切割工具定位在最终切割位置。
条款4.根据条款1所述的设备，其中，所述切割工具包括：引导部分，其被确定尺寸以按照间隙配合的方式插入所述蜂窝芯的至少一个芯单元中；以及切割器，其与所述引导部分以可滑动的方式连接，其中，所述引导部分被构造成在相对于所述蜂窝芯的外表面基本上正交的方向上引导所述切割器。
条款5.根据条款4所述的设备，其中，所述适应性视觉系统被构造成将所述引导部分与所述至少一个芯单元基本上对准。
条款6.根据条款4所述的设备，其中，所述引导部分具有与所述至少一个芯单元基本上互补的横截面形状。
条款7.根据条款4所述的设备，其中，所述末端执行器可绕其中心轴旋转，以将所述引导部分与所述至少一个芯单元基本上对准。
条款8.根据条款1所述的设备，其中，所述切割工具包括超声切割工具。
条款9.一种用于选择性切割蜂窝芯的侧壁的自动化设备的末端执行器，所述末端执行器包括：切割工具，其连接到所述末端执行器，其中，所述末端执行器被构造成基于所述蜂窝芯的示意性几何形状而将所述切割工具定位在初始切割位置；以及适应性视觉系统，其被构造成引导所述末端执行器，以基于所述适应性视觉系统获取的所述蜂窝芯的实际几何形状来修改所述初始切割位置。
条款10.根据条款9所述的末端执行器，其中，所述适应性视觉系统被进一步构造成：确定所述蜂窝芯的示意性几何形状和实际几何形状之间的芯单元偏移；以及至少部分地基于所述芯单元偏移来修改所述切割工具的初始切割位置，其中，所述初始切割位置被修改以将所述切割工具定位在最终切割位置。
条款11.根据条款9所述的末端执行器，其中，所述切割工具包括：引导部分，其被确定尺寸以按照间隙配合的方式插入所述蜂窝芯的至少一个芯单元中；以及切割器，其与所述引导部分以可滑动的方式连接，其中，所述引导部分被构造成在相对于所述蜂窝芯的外表面基本上正交的方向上引导所述切割器。
条款12.根据条款11所述的末端执行器，其中，所述适应性视觉系统被构造成将所述引导部分与所述至少一个芯单元基本上对准。
条款13.根据条款11所述的末端执行器，其中，所述引导部分具有与所述至少一个芯单元基本上互补的横截面形状。
条款14.根据条款11所述的末端执行器，其中，所述末端执行器可绕其中心轴旋转，以将所述引导部分与所述至少一个芯单元基本上对准。
条款15.根据条款9所述的末端执行器，其中，所述切割工具包括超声切割工具。
条款16.一种选择性切割蜂窝芯的侧壁的方法，所述侧壁通过使用包括切割工具和适应性视觉系统的自动化设备而被选择性切割，所述方法包括：基于所述蜂窝芯的示意性几何形状而将所述切割工具定位在初始切割位置；利用所述适应性视觉系统获取所述蜂窝芯的实际几何形状；以及基于所述适应性视觉系统获取的蜂窝芯的实际几何形状来修改所述切割工具的初始切割位置。
条款17.根据条款16所述的方法，所述方法还包括：确定所述蜂窝芯的示意性几何形状和实际几何形状之间的芯单元偏移；以及至少部分地基于所述芯单元偏移来修改所述初始切割位置，以将所述切割工具定位在最终切割位置。
条款18.根据条款16所述的方法，所述方法还包括：按照间隙配合的方式将所述切割工具的引导部分插入所述蜂窝芯的至少一个芯单元中；以及使切割器在所述引导部分的切割器槽内平移以选择性切割所述侧壁。
条款19.根据条款18所述的方法，其中，按照间隙配合的方式将所述切割工具的引导部分插入所述蜂窝芯的至少一个芯单元中的步骤包括；使用所述适应性视觉系统将所述引导部分与所述至少一个芯单元基本上对准。
条款20.根据条款18所述的方法，其中，使切割器在所述引导部分的切割器槽内平移以选择性切割所述侧壁的步骤包括：使所述切割器在相对于所述蜂窝芯的外表面基本上正交的方向上平移。
本文中描述的实现方式涉及选择性切割蜂窝芯的侧壁的自动化设备。该自动化设备包括切割工具和适应性视觉系统，该适应性视觉系统有助于相对于蜂窝芯修改切割工具的预定的工具路径。更具体地，适应性视觉系统获取蜂窝芯的实际几何形状，并且有助于基于蜂窝芯的实际几何形状来修改预定的工具路径。因为蜂窝芯的侧壁必须被精确切割以有效地连接到另外的蜂窝结构，所以本文中描述的自动化设备有助于以更有时间效率和准确的方式选择性切割侧壁。
本书面描述使用了示例公开各种实现方式(包括最佳模式)，并且还使本领域的任何技术人员能够实践各种实现方式，包括制成和使用任何装置或系统并且执行任何并入的方法。本公开的可取得专利权的范围由权利要求书限定，并且可包括本领域的技术人员想到的其它示例。这种其它示例意图也在权利要求书的范围内，只要它们具有不与权利要求书的字面语言不同的结构元件，或者只要它们包括与权利要求书的字面语言的差异不大的等效结构元件即可。

Claims (12)

1.一种用于选择性切割蜂窝芯(208)的侧壁(216)的自动化设备(200)，所述自动化设备(200)包括：
末端执行器(206)；
切割工具(202)，该切割工具连接到所述末端执行器(206)，其中，所述末端执行器(206)被构造成基于所述蜂窝芯(208)的示意性几何形状(228)而将所述切割工具(202)定位在初始切割位置(230)；以及
适应性视觉系统(224)，该适应性视觉系统被构造成引导所述末端执行器(206)，以基于所述适应性视觉系统(224)获取的所述蜂窝芯(208)的实际几何形状来修改所述初始切割位置(230)。
2.根据权利要求1所述的设备(200)，其中，所述末端执行器(206)被构造成使所述切割工具(202)相对于所述蜂窝芯(208)沿着预定的工具路径(226)移动，所述预定的工具路径(226)包括多个初始切割位置(230)。
3.根据权利要求1所述的设备(200)，其中，所述适应性视觉系统(224)被进一步构造成：
确定所述蜂窝芯(208)的所述示意性几何形状(228)和所述实际几何形状之间的芯单元偏移；以及
至少部分地基于所述芯单元偏移来修改所述切割工具(202)的所述初始切割位置(230)，其中，所述初始切割位置(230)被修改以将所述切割工具(202)定位在最终切割位置(232)。
4.根据权利要求1所述的设备(200)，其中，所述切割工具(202)包括：
引导部分(212)，该引导部分被确定尺寸以按照间隙配合的方式插入所述蜂窝芯(208)的至少一个芯单元(210)中；以及
切割器(220)，该切割器与所述引导部分(212)以可滑动的方式连接，其中，所述引导部分(212)被构造成在相对于所述蜂窝芯(208)的外表面(222)基本上正交的方向上引导所述切割器(220)。
5.根据权利要求4所述的设备(200)，其中，所述适应性视觉系统(224)被构造成将所述引导部分(212)与所述至少一个芯单元(210)基本上对准。
6.根据权利要求4所述的设备(200)，其中，所述引导部分(212)具有与所述至少一个芯单元(210)基本上互补的横截面形状。
7.根据权利要求4所述的设备(200)，其中，所述末端执行器(206)能绕其中心轴(234)旋转，以将所述引导部分(212)与所述至少一个芯单元(210)基本上对准。
8.一种用于选择性切割蜂窝芯(208)的侧壁(216)的方法，所述侧壁(216)通过使用包括切割工具(202)和适应性视觉系统(224)的自动化设备(200)而被选择性切割，所述方法包括：
基于所述蜂窝芯(208)的示意性几何形状(228)而将所述切割工具(202)定位在初始切割位置(230)；
利用所述适应性视觉系统(224)来获取所述蜂窝芯(208)的实际几何形状；以及
基于所述适应性视觉系统(224)获取的所述蜂窝芯(208)的所述实际几何形状来修改所述切割工具(202)的所述初始切割位置(230)。
9.根据权利要求8所述的方法，所述方法还包括：
确定所述蜂窝芯(208)的所述示意性几何形状(228)和所述实际几何形状之间的芯单元偏移；以及
至少部分地基于所述芯单元偏移来修改所述初始切割位置(230)，以将所述切割工具(202)定位在最终切割位置(232)。
10.根据权利要求8所述的方法，所述方法还包括：
按照间隙配合的方式将所述切割工具(202)的引导部分(212)插入所述蜂窝芯(208)的至少一个芯单元(210)中；以及
使切割器(220)在所述引导部分(212)的切割器槽(218)内平移以选择性切割所述侧壁(216)。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，按照间隙配合的方式将所述切割工具(202)的引导部分(212)插入所述蜂窝芯(208)的至少一个芯单元(210)中的步骤包括：使用所述适应性视觉系统(224)将所述引导部分(212)与所述至少一个芯单元(210)基本上对准。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，使切割器(220)在所述引导部分(212)的切割器槽(218)内平移以选择性切割所述侧壁(216)的步骤包括：使所述切割器(220)在相对于所述蜂窝芯(208)的外表面(222)基本上正交的方向上平移。
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