CN108341071B - 用于连结结构的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及用于连结结构的方法和系统，并公开一种方法，其包括：制作在预定义位置处具有第一预钻孔的第一结构；制作在预定义位置处具有第二预钻孔的第二结构；制作没有预钻的全尺寸孔的第三结构；测量第一和第二预钻孔的位置和取向；确定与测量的第一和第二预钻孔对应的在第三结构中待钻出的第三孔的位置；基于第一和第二预钻孔的测量位置和取向，创建用于钻出第三孔的程序，第三孔与第一和第二预钻孔的测量位置和取向对准；基于该程序钻出第三孔；将第三结构定位在第一和第二结构上，使得第三孔与第一和第二预钻孔对准；以及穿过第三孔以及与第三孔对准的第一和第二预钻孔插入紧固件，以使用第三结构将第二结构紧固到第一结构。

Description

用于连结结构的方法和系统

技术领域

本申请涉及用于连结结构部件的系统和方法，并且更具体地涉及通过钻孔并将紧固件紧固到结构部件来连结诸如飞行器结构的工件的结构部件的系统和方法。

背景技术

在制造过程中，精确的孔位置对于装配件的工件或零件的附连是至关重要的。为了达到这个目标，重叠工件通常在使用钻头夹具(drill jig)相互装配时被钻孔以确保每个工件中的孔相互配合。然而，使用钻头夹具钻出主要结构接头(特别是钛)并不是一个非常稳定的钻孔平台，这导致大百分比的特大孔及相关的生产标签(tag)。此外，接头被钻孔的区域在钻孔和装配方面可能不符合人机工程学的要求，诸如在主要与围绕机身周界的主结构部件关联的大规模集成区域和主要接头区域中和/或在飞机的翼箱腔中。这类型的钻孔也非常耗时。此外，在飞机上的主结构部件处钻孔产生需要手动清洁的大量异物碎片。另外，一些大型机身和机翼集成紧固件的钻孔需要大型手动工具。这些大型手动工具可能在受限区域内产生钻孔通道(drilling access)问题。

发明内容

在一个实施例中，提供一种方法。该方法包括：制作在预定义位置处具有第一多个预钻孔的第一结构；制作在预定义位置处具有第二多个预钻孔的第二结构；制作没有预钻的全尺寸孔的第三结构；测量第一结构和第二结构中的第一多个预钻孔和第二多个预钻孔的位置和取向；确定与在第一结构和第二结构中测量的第一多个预钻孔和第二多个预钻孔对应的在第三结构中待钻出的第三多个孔的位置；基于第一结构和第二结构中的第一多个预钻孔和第二多个预钻孔的测量位置和取向，创建用于在第三结构中钻出与第一结构和第二结构中的第一多个预钻孔和第二多个预钻孔的测量位置和取向对准的第三多个孔的程序；基于该程序在第三结构中钻出第三多个孔；将第三结构定位在第一结构和第二结构上，使得第三结构中的第三多个孔与第一结构和第二结构中的第一多个预钻孔和第二多个预钻孔对准；以及穿过第三结构的第三多个孔以及与第三结构的第三多个孔对准的第一结构和第二结构的第一多个预钻孔和第二多个预钻孔插入紧固件，以使用第三结构将第二结构固定到第一结构。

在另一个实施例中，提供一种方法。该方法包括：制作在预定义位置处具有第一预钻孔的第一结构；制作没有预钻的全尺寸孔的第二结构；测量第一结构中的第一预钻孔的位置和取向；确定与在第一结构中测量的第一孔对应的在第二结构中待钻出的第二孔的位置；基于第一结构中的第一预钻孔的测量位置和取向，创建用于在第二结构中钻出与第一结构中的第一预钻孔的测量位置和取向对准的第二孔的程序；基于该程序在第二结构中钻出第二孔；将第二结构定位在第一结构上，使得第二结构中的第二孔与第一结构中的第一预钻孔对准；以及穿过第一结构和第二结构的对准的第一孔和第二孔插入紧固件，以将第二结构固定到第一结构。

在另一个实施例中，提供一种用于将第一结构紧固到第二结构的系统。该系统包括测量机器。该测量机器被配置为进行第一结构中的第一多个预钻孔和第二结构中的第二多个预钻孔的位置和取向的测量。该系统包括测量程序。该测量程序被配置用于执行测量机器的测量计划，以进行第一结构中的第一多个预钻孔和第二结构中的第二多个预钻孔的位置和取向的测量。该系统包括至少一个处理器，所述至少一个处理器用于处理第一结构中的第一多个预钻孔和第二结构中的第二多个预钻孔的测量结果。该系统还包括ODEM工作站。该ODEM工作站被配置为基于所述第一结构中的第一多个预钻孔和所述第二结构中的第二多个孔的经处理的测量结果生成用于在第三结构中钻孔的NC程序。该系统还包括CNC机器。该CNC机器被配置为基于该NC程序在第三个结构中钻孔。该系统还包括紧固件。这些紧固件被插入第三结构的钻孔中以及与第三结构的钻孔对准的第一结构和第二结构中的第一多个预钻孔和第二多个预钻孔中，以将第一结构紧固到第二结构。

在另一个实施例中，提供一种用于飞行器的结构装配件。该结构装配件包括短截梁、横梁、拼接头和紧固件。短截梁包括第一多个预钻孔。横梁包括第二多个预钻孔。短截梁通过拼接头与横梁连结。拼接头包括由CNC机器钻出的孔。拼接头的钻孔的位置基于短截梁的第一多个预钻孔和横梁的第二多个预钻孔的测量位置和取向。第一多个紧固件被插入短截梁的第一多个预钻孔和所述拼接头的第一组钻孔的对准孔中。第二多个紧固件被插入横梁的第二多个预钻孔和拼接头的第二组钻孔的对准孔中。

根据下面的具体实施方式、附图和随附的权利要求，所公开的方法和系统以及相关联的结构装配件的其他实施例将变得显而易见。

附图说明

图1是根据一个实施例的用于连结结构部件的系统的框图；

图2是根据图1的实施例的具有结构部件的结构的局部分解图；

图3是根据图1的实施例的具有垫片的短截梁、横梁和上拼接头布置的示意性侧视图；

图4是飞行器的机身的一部分的透视图，其示出图1的实施例的装配件；

图5是根据图1的实施例的飞行器的机身的一部分的透视图，其示出该结构的零件和安置在平台上的ROMER臂机器(一种类型的铰接臂坐标测量机器)；

图6A是根据图1的实施例的飞行器的机身的一部分的透视图，其示出该结构的零件和图示说明所测量的扩大表面轮廓的最佳拟合的配合表面；

图6B类似于图6A，不同之处在于扩大表面被显示为沿与配合表面正交的平面偏移；

图7是根据图1的实施例的短截梁和横梁布置的侧面透视图；

图8是根据图1的实施例的在钻头固定装置上被夹紧的上拼接头的顶部透视图；

图9是根据图1的实施例的在钻头固定装置上被夹紧的下附连配件的底部透视图；

图10是被夹紧到钻头固定装置上并具有被CNC机器在其中钻出的孔的上切片的透视图；

图11是根据图1的实施例的横梁和短截梁布置以及安置在支撑箱上的ROMER臂的透视图，该支撑箱模拟横梁和短截梁将被安置于其上的压力甲板的部分；

图12是根据图1的实施例的用于连结结构装配件的方法的流程图；

图13是飞行器制造和维修方法的流程图；以及

图14是飞行器的框图。

具体实施方式

图1示出用于通过钻孔并将紧固件紧固到结构部件来连结结构部件的系统20。在一个应用中，这些结构部件可以是飞行器结构24的工件(图2)。然而，本领域技术人员将认识到，在不脱离本公开的范围的情况下，可以使用所公开的系统20和方法来将各种类型的结构构件连接在一起，无论是用于航空航天应用还是非航空航天应用均可。

图2示出具有安置在飞行器22上的示例性结构24的飞行器22的一部分。结构24包括短截梁26和横梁28，横梁28通过上拼接头(splice)30和下附连配件32连结到短截梁26。结构24在吃水线表面(waterline surface)62处被安置在飞行器22的机身36的水平压力甲板34上。短截梁26包括相对于压力甲板34垂直延伸的基座40和附接到基座40的顶部的上板42。与横梁28相邻的上板42的边缘稍微延伸超过基座40。横梁28包括上板44和侧板46，该上板44和侧板46附连到基座48。侧板46面向短截梁26。六个预钻孔50位于横梁28的上板44中，并且六个预钻孔52位于短截梁26的上板42中。六个预钻孔54沿着对接线配合表面56位于基座48的侧板46中。九个预钻孔58位于短截梁26的基座40的工作站表面60上。十个预钻孔61在吃水线配合表面62处位于水平压力甲板34上。

上拼接头30包括十二个钻孔64T、64S。这些钻孔中的六个钻孔64T与横梁28的上板44的六个孔50对准。其他六个孔64S与短截梁26的上板42的六个孔52对准。如图3所图示说明，如果上拼接头30与横梁28之间的配合表面66不与上配件30的配合表面重合，则该配合表面66可以被垫片69填隙。配合表面66的平坦轮廓公差可以是例如0.010英寸。在上拼接头30的表面被配合、隔开和填隙(如果需要)的情况下，通过手工而不使用任何工具穿过钻孔50、52、64T、64S安装紧固件68(图4)。

下附连配件32包括二十五个钻孔70、72、74。九个钻孔70与工作站配合表面60上的孔58对准，十个钻孔72与在吃水线表面62处位于水平压力甲板34上的十个预钻孔61对准，并且六个钻孔74与沿着对接线配合表面56位于基座48的侧板46中的六个预钻孔54对准。下附连配件32应该以如下方式进行安装。首先，根据设计要求，下附连配件32和短截梁26的工作站配合表面60应该是净匹配的(net fit)。其次，下附连配件32应抵靠对接线配合表面56定位并根据需要被填隙。第三，下附连配件32应抵靠水平压力甲板34的吃水线配合表面62定位并且根据需要被填隙。在下附连配件32的表面被配合且被填隙(如果需要)的情况下，通过手工而不使用任何工具穿过钻孔70、72、74安装紧固件68(图4)，直到紧固件头部与下附连配件32的外表面之间的间隙小于预定量。

参考图1，当在飞机上时，系统20对结构24进行精确测量，处理这些测量结果，然后机加工配合的毛坯配件(例如钻孔)和符合所需公差的机加工垫片。系统20包括位于控制工作站82处的测量系统80。测量系统80包括坐标测量机器(CMM)84和计算机系统86。CMM 84中的测量结果被发送到计算机系统86。计算机系统86为用户提供界面以执行测量计划，处理测量结果，并且以.XML的格式将经处理的测量结果提供给按需紧急制造(ODEM)服务装置88。

CMM 84在3D坐标系中测量对象，通常与计算机辅助设计(CAD)模型进行比较。CMM84对用于钻出孔并添加必要的垫片的结构的结构部件进行测量。CMM 84可以被安置在稳定平台85(图5)上，该稳定平台85防止CMM 84摇摆以便进行精确的测量。CMM 84可以是任意合适的计量机器。CMM 84可以是便携式坐标测量机器。例如，CMM 84可以是铰接测量臂(测量臂)，诸如图5所示的ROMER臂机器。ROMER臂机器84包括机器人臂90，机器人臂90通过六个或七个接头(joint)在3D空间中操作，机器人臂90包括六个自由度，这意味着臂90可以结合绕三个垂直轴线的转动(滚转、偏摆、俯仰)在三维空间中向前/向后、向上/向下、向左/向右移动。沿三个轴线中的每个轴线的运动相互独立并且独立于围绕这些轴线中任一个的转动，该运动包括六个自由度。ROMER臂机器84可以被可滑动地安置在邻近结构24的平台85的轨道92(图5)上，以便沿轨道92移动以对结构24上的选定区域进行测量。如图5所示，四个紧固件94(示出了两个)穿过ROMER臂机器84的基座96和基板97并进入轨道92以螺纹方式紧固，以将ROMER臂机器84固定到轨道92。拧松紧固件94允许ROMER臂机器84沿轨道92滑动到选定位置。然后紧固件94可以被拧紧以在选定位置处将ROMER臂机器84稳定地固定到轨道92，以测量结构24上的区域。在结构24上进行重复测量并做比较，以确保ROMER臂机器84是稳固的。当重复测量相互足够接近而在预定许可误差裕量内时，ROMER臂机器84足够稳固。具有足够精度的其他合适类型的CMM可以用于测量结构24的这些区域，例如手持式测量装置或激光扫描仪。稳定平台85被定位成与第一结构和第二结构相邻并被固定到机身36，并且优选具有足够的长度以被定位成与多个第一结构和多个第二结构相邻(并跨越这些结构)，使得ROMER臂机器84被可滑动地安置在轨道92上，以在多个第一结构和多个第二结构处进行第一结构中的第一多个预钻孔和第二结构中的第二多个预钻孔的位置和取向的测量。因此，该系统可以被配置为基于在第一多个结构和第二多个结构处连续获取的第一多个预钻孔和在所述第二结构中的第二多个孔的测量结果生成用于在多个第三结构中钻出孔的多个NC程序。

该系统还可以包括三维(3D)测量种子模型，3D测量种子模型对应于处于包括标称全尺寸孔、方向和表面几何形状的标称配置中的每组短截梁26、横梁28和水平压力甲板34。对于示例性结构24，测量种子模型应该识别如图2所示的五个配合表面56、60、62、66和67。测量种子模型可以包含用于每个全尺寸孔中心点的测量点以及具有标签的相邻配合表面点。

计算机系统可以包括测量软件平台。该测量软件平台可以是包括帮助获取并处理测量结果的程序的任何合适的类型。一种示例性测量软件平台可以是空间分析器98。空间分析器98可以链接三维(3D)测量种子模型。对于每个短截梁26到横梁28的接头位置，空间分析器98引导操作者通过测量计划来获取与如下定义的某些测量实践相一致的种子模型测量结果。

对于每个接头位置以及每个配件或拼接头，空间分析器98进行操作以根据需要引导操作者通过测量和处理，该测量和处理导致从安置好的CMM坐标系到用于每个上拼接头、下附连配件或其他配件的标称飞行器坐标系中的3D NC种子模型的坐标系变换。示例性结构的所有配合表面的平坦轮廓公差为0.010英寸，由此折损整个系统公差要求。为了在不改变电流平坦度要求的情况下补偿这一潜在的误差，空间分析器98可以将所有测量的配合表面值限制在位于相应的导出的基准配合表面平面和所测量的同一完工(as-built)零件的标称配合表面之内或之间。例如，如图6A所示，示出的表面是所测量的扩大的表面轮廓的最佳拟合。如图6B所示，相同的表面应该沿正交的平面偏移，因此所有的峰位于导出的表面之中或之下。表面测量结果应该包括在横穿整个配合表面的每个紧固件位置处的至少一个测量值。

对于每个上拼接头30，空间分析器98应该导出用于上拼接头的配合表面平面，从而表示沿Z轴转换、绕X轴旋转以及绕Y轴旋转的对准变换部件。在该示例性结构24中，由于短截梁表面相对于绕飞行器X轴旋转的飞行器X-Y平面形成7.8923度的角度，所以包括一种变换，该变换对于沿Y、Z、V和W的测量值来说用作乘数。例如，短截梁表面围绕位于标称表面平面中且平行于飞行器Y-Z平面的轴线的旋转φ表示如图7所示的围绕Y的旋转分量φV和围绕Z的旋转分量φW。

在创建上拼接头对准变换之后，空间分析器98可以引导操作者测量剩余的短截梁26和横梁28孔点。在执行了下附接配件对准变换之后，空间分析器98可以引导操作者测量剩余的下附连配件测量结果。在所有测量点已经在可接受的漂移和尺度公差内被取得且生效之后，空间分析器98应该识别配合表面以用于上拼接头配件30到短截梁26和横梁28的潜在填隙和/或间隔。一旦测量并指定了上拼接头的潜在垫片和间隔件表面，空间分析器98应该确定它们的几何形状。取决于下附连配件32完工的基准正交性，下附连配件垫片几何形状要求可能需要包括完工配件的探针测量以确定总垫片厚度。

然后，空间分析器98应该确定用于对接线配合表面56和吃水线配合表面62的垫片几何形状。对于每个垫片69、每个上拼接头30和每个下附连配件32测量组，空间分析器生成对应的.XML测量文件，该文件包含符合ODEM格式要求的经处理的测量结果。

如图1所示，计算机系统86将已处理的.XML格式的测量结果提供给按需紧急制造(ODEM)服务装置88。当被提供兼容格式化的.XML测量文件和NC种子模型时，ODEM服务装置88生成网络计算机(NC)程序89且然后使其生效，以钻出全尺寸孔，加工所有配件并且制造所有必要的垫片和间隔片。待钻出的每个孔将具有待钻孔的XYZ点和确定待钻出的孔的方向的相关平面。ODEM服务装置88还监测钻出的或机加工的零件的加工状态。ODEM服务装置88还将网络计算机程序传递到紧急操作机器商店工作站100处的服务器102。服务器102包括设置文件104，设置文件104按照产品定义数据以及测量计划、转位计划和安装计划反映钻孔和垫片的许可公差以及质量保证规定。紧急操作机器100还包括计算机数字控制(CNC)5轴铣床106或等同物。CNC机器106包括接收NC程序89的网络计算机控制器108。系统20进行测量，根据要求文件以.XML格式处理测量结果。然后ODEM服务装置88用.XML格式的数据更新NC种子模型，随后自动创建必要的NC程序89。

5轴CNC机器106在工件21上钻出孔并且机器基于NC程序89使垫片逐渐缩减。如图8和图9所示，配件或工件21可以固定被在钻头固定装置110或112上。具体地，一旦每个工件21已经被转位到其相应的钻头固定装置110或112中，则工件21应该被置于钻头固定装置110或112的基座114上，并且被夹具116使用足够的夹紧力夹紧就位，以保证工件在机加工操作期间不会相对于其钻孔固定装置移动。图10示出基于NC程序89在夹紧到钻头固定装置110中的工件21上钻出孔的CNC机器106。

在图12中示出了紧固方法200。在步骤201中，横梁28和短截梁26被制作成在其预钻位置处具有预钻孔50、52。然后，在步骤202中，上拼接头30被制作成没有预钻孔，但是具有近似指示稍后可以钻出的全尺寸孔的位置的标称预定义位置。在步骤204中，横梁28和短截梁26被放到一起并以类似于结构24的最终装配的方式被定位。然后，在步骤206中，横梁28和短截梁26被锁定在一起，使得这些梁相对于彼此具有可忽略的运动自由度。这可以在如图5所示在机身36上完成。可替代地，横梁28和短截梁26可以被安置在支撑箱118上，该支撑箱118模拟如图11所示横梁和短截梁将被安置于其上的压力甲板的部分。

在步骤208中，随后在单个几何参考系内测量横梁28和短截梁26中的预钻孔50、52的位置和取向，使得相对于短截梁26中的预钻孔52的位置来测量横梁28中的预钻孔50的相对位置。该步骤可以使用空间分析器98来指导操作者测量什么。该测量由操作ROMER臂机器84的操作者使用指导操作者测量什么的空间分析器98来执行。特别地，操作者将ROMER臂机器84的机器人测量臂90定位在短截梁26和横梁28的每个钻孔上方，从而ROMER臂机器84对每个钻孔进行测量。

测量结果包括沿X、Y、Z轴及U、V和W转动轴的测量值。例如，如图7所示，短截梁表面围绕位于标称表面平面中并平行于飞机Y-Z平面的轴线的旋转φ表示绕Y轴的旋转分量φV和绕Z轴的旋转分量φW。如图5所示，ROMER臂机器84可以被可滑动地安置在轨道92上，以便在ROMER臂机器84沿轨道92滑动时对钻孔进行测量。在步骤210中，确定是否需要垫片69。

然后，计算机系统86处理测量结果以确定上拼接头30中的钻孔64T、64S的相对位置。特别地，计算机系统86确定横梁28中的钻孔50相对于在步骤212中测量的短截梁26中的预钻孔52的测量位置的相对位置。然后在步骤214中，计算机系统86通过将在短截梁26中测量的预钻孔位置52转换到上拼接头30中的孔位置而确定对应于短截梁26中的预钻孔52的在上拼接头30中待钻出的孔64S的相对位置。该转换可以是使用最小二乘法或其他合适的方法与上拼接头30中的相应预定标称孔位置的最佳拟合。

然后，在步骤216中，计算机系统86通过将横梁28中的预钻孔50的测量位置转换到横梁28中的孔50相对于短截梁26中的预钻孔52的测量位置的相对位置，来确定与横梁28中的预钻孔50对应的在上拼接头30中待钻出的孔的位置。计算机系统86将测量的孔位置从短截梁26传递到横梁28上的相对位置以实施基准序列，该基准序列迫使剩余测量误差进入也包括垫片的配合表面。

在步骤218中，测量数据组被发送到ODEM服务装置88并被转换成NC机器程序89。具体地，NC程序89被创建并生效，以在上拼接头30中钻出全尺寸孔64S、64T，从而与短截梁26和横梁28中的对应的预钻孔52、50的测量位置和取向充分对准。然后，NC程序89被发送到CNC机器106。上拼接头30被转位(indexed)到钻孔固定装置110(图8)中，然后被用足够的夹紧力夹紧就位，以确保上拼接头30在钻孔或其它机加工操作期间不会相对于钻孔固定装置110移动。然后在步骤220中，根据NC程序89使用CNC机器106在上拼接头30中钻出全尺寸孔64S、64T。该步骤220还包括安装具有匹配的全尺寸孔的任何按需加工的垫片。在步骤222中，上拼接头30随后被定位在横梁28和短截梁26的配合表面66、67上。在步骤224中，上拼接头30中的钻孔64S、64T随后与短截梁26和横梁28中的预钻孔52、50对准。在步骤226中，任意必要的垫片69被机加工并安装在结构部件上。

在步骤228中，紧固件68被插入穿过上拼接头30和短截梁26的对准孔64S、52，并且紧固件68也被插入穿过上拼接头30和横梁28的对准孔64T、50。该步骤还包括将紧固件68固定到其对应的结构部件。在步骤230中，重复步骤201到228，以将下附连配件32紧固到横梁28和短截梁26。在该步骤中，下附连配件可以被安置在图9所示的钻头固定装置112上。该步骤还包括在压力甲板34中钻出孔61，测量压力甲板34中的孔61的位置和取向，确定与压力甲板34中的孔61对应的下附连配件32的孔72的位置，创建用于在下附连配件32中钻出与压力甲板34中的孔61对应的孔72的NC程序89，在下附连配件32中钻出与压力甲板34中的孔61对应的孔72，以及随后在与压力甲板34中的孔61对应的下附连配件34中的孔72中对准、插入并固定紧固件68。

在一个示例性结构24中，穿过钛质上拼接头30钻出大约7/16英寸直径的十二个孔。穿过四个短的钛质下拼接头32钻出大约3/8英寸直径的二十二个孔。穿过四个长的钛质下附连配件32钻出大约3/8英寸直径的二十五个孔。根据需要，为八个上拼接头30中的每一个拼接头机加工包括超大尺寸7/16英寸的孔的一个锥形垫片69。根据需要，为八个下附连配件32中的每一个附连配件机加工包括超大尺寸3/8英寸的孔的一个锥形垫片69。在机加工配件被安装时，从进行CMM测量的时间起，任意短截梁全尺寸孔与任意横梁全尺寸孔之间在任意轴线上的相对转换不得超过0.0005英寸。在机加工配件被安装时，由于CMM进行测量的时间，短截梁到上拼接头表面法线和横梁到上拼接头表面法线之间的相对角度不得超过0.02度。每个工件的每个孔都要进行直径、圆度、毛刺和匹配的验证。每个垫片都要进行平面上的功能性匹配验证。

通过钻孔并将紧固件固定到结构部件来连结结构部件的系统20和方法可以被用于诸如支撑配件或T形夹具的其他结构。所公开的通过钻孔并将紧固件固定到结构部件来连结结构部件的系统和方法提供了多个优点。首先，由于在远离飞行器的位置钻出孔，因此在将结构部件固定到飞行器上期间，没有用于钻孔或清理由钻孔产生的碎屑所耗费的时间。而且，在平台上钻孔比在飞行器上钻孔稳定，从而导致更小百分比的超大孔及关联的生产标签(tag)。此外，消除了由于操作者在与围绕机身的周界和/或在飞机的翼箱腔中的主要结构部件相关联的主要接头区域中钻孔而导致的人机工程学风险因素。此外，该方法可被用在一些区域中，在这些区域中，受限的体积不允许有足够的空间来使用手工钻孔设备。

本公开的示例可以在如图13所示的飞行器制造和维修方法400以及如图14所示的飞行器402的背景下进行说明。在预制造期间，飞行器制造和维修方法400可以包括飞行器402的规格和设计404以及材料采购406。在生产期间，发生飞行器402的部件/子装配件制造408和系统集成410。此后，飞行器402可以经历认证和交付412以便投入使用414。在客户使用期间，飞行器402被预定进行日常维修和维护416，其还可以包括修改、重新配置、翻新等等。

方法400的每个过程可以由系统集成商、第三方和/或运营商(例如，客户)执行或实施。为了本说明书的目的，系统集成商可以包括但不限于任意数量的飞行器制造商和主系统分包商；第三方可以包括但不限于任意数量的销售商、分包商和供应商；并且运营商可以是航空公司、租赁公司、军事实体、服务机构等等。

如图14所示，由示例方法400生产的飞行器402可以包括具有多个系统420和内部422的机体418。多个系统420的示例可以包括推进系统424、电气系统426、液压系统428和环境系统430中的一个或多个。可以包括任意数量的其它系统。

所公开的用于通过钻孔并将紧固件紧固到结构部件来连结结构部件的系统可以在飞行器制造和维修方法400的任意一个或多个阶段期间被采用。作为一个示例，可以在材料采购406期间采用所公开的用于通过钻孔并将紧固件紧固到结构部件来连结结构部件的系统。作为另一个示例，可以使用所公开的紧固系统来加工或制造与部件/子装配件制造408、系统集成410和/或维修和维护416对应的部件或子装配件。作为另一个示例，可以使用所公开的流体密封机械紧固系统来构建机体418和/或内部422。另外，设备示例、方法示例或其组合中的一个或多个可以在组件/子装配件制造408和/或系统集成410期间被利用，例如，通过充分加速飞行器402的装配或降低飞行器402(诸如机体418和/或内部422)的成本来利用。类似地，可以在飞行器402投入使用时利用系统示例、方法示例或其组合中的一个或多个，例如但不限于维修和维护416。

所公开的用于通过钻孔并将紧固件紧固到结构部件以连结来结构部件的系统是在飞行器的背景中描述的；然而，本领域技术人员将容易认识到，所公开的用于通过钻孔并将紧固件紧固到结构部件来连结结构部件的系统可以被用于各种车辆以及非车辆应用。例如，本文描述的实施例的实施方式可以在包括例如直升机、客船、汽车等的任何类型的交通工具中实施。

此外，本公开包括根据以下条款所述的实施例：

条款1.一种方法，其包括：

制作在预定义位置处具有第一多个预钻孔的第一结构；

制作在预定义位置处具有第二多个预钻孔的第二结构；

制作没有预钻的全尺寸孔的第三结构；

测量所述第一结构和所述第二结构中的所述第一多个预钻孔和所述第二多个预钻孔的位置和取向；

确定与在所述第一结构和所述第二结构中测量的第一多个预钻孔和第二多个预钻孔对应的在所述第三结构中待钻出的第三多个孔的位置；

基于所述第一结构和所述第二结构中的所述第一多个预钻孔和所述第二多个预钻孔的测量位置和取向，创建用于钻出所述第三结构中的所述第三多个孔的程序，所述第三多个孔与所述第一结构和所述第二结构中的所述第一多个预钻孔和所述第二多个预钻孔的测量位置和取向对准；

基于所述程序在所述第三结构中钻出所述第三多个孔；

将所述第三结构定位在所述第一结构和所述第二结构上，使得所述第三结构中的所述第三多个孔与所述第一结构和所述第二结构中的所述第一多个预钻孔和所述第二多个预钻孔对准；以及

穿过所述第三结构的所述第三多个孔以及与所述第三结构的所述第三多个孔对准的所述第一结构和所述第二结构的所述第一多个预钻孔和第二多个预钻孔插入紧固件，以使用所述第三结构将所述第二结构紧固到所述第一结构。

条款2.根据条款1所述的方法，还包括：在测量在所述第一结构和第二结构中的所述第一多个预钻孔和第二多个预钻孔的位置和取向之前，将所述第一结构和第二结构一起定位在类似于所述第一结构和第二结构的最终装配的位置。

条款3.根据条款2所述的方法，其中测量所述第一结构和所述第二结构中的所述第一多个预钻孔和所述第二多个预钻孔的位置和取向是在单个几何参考系内执行的，使得所述第二多个预钻孔的相对准置是相对于所述第一多个预钻孔的测量位置来确定的。

条款4.根据条款3所述的方法，其中确定与在所述第一结构中测量的所述第一多个孔对应的在所述第三结构中待钻出的所述孔的位置包括：将测量的第一多个预钻孔位置转换到所述第三个结构中的孔位置。

条款5.根据条款4所述的方法，其中确定与在所述第二结构中测量的所述第二多个孔对应的在所述第三结构中待钻出的所述孔的位置包括：通过将所述第二多个预钻孔的测量位置转换到第二多个预钻孔关于所述第一多个预钻孔的测量位置的相对位置来确定与在所述第二结构中的所述第二多个预钻孔对应的在所述第三结构中待钻出的所述孔的位置。

条款6.根据条款5所述的方法，其还包括将所述第一结构和所述第二结构锁定在一起，使得在测量所述第一结构中的所述第一多个预钻孔的位置和取向之前或同时，所述第一结构和所述第二结构相对彼此具有可忽略的移动自由度。

条款7.根据条款6所述的方法，其中使用最小二乘法来执行将测量的所述第一多个预钻孔位置转换到所述第三结构中的孔位置。

条款8.根据条款5所述的方法，还包括以下步骤：固定具有与所述第一结构和所述第二结构相邻的轨道的稳定平台；将测量机器可滑动地安置到所述轨道，使得所述测量机器可滑动，以便对所述结构上的选定区域进行测量；以及确定所述结构的重复测量结果是否在预定的许可误差裕量内，以验证所述测量机器足够稳固以进行测量，其中测量机器被用于执行测量在所述第一结构和所述第二结构中的所述第一多个预钻孔和所述第二多个预钻孔的位置和取向的步骤。

条款9.根据条款8所述的方法，其中所述第一结构包括短截梁，其中所述第二结构包括横梁，其中所述第三结构包括拼接头，并且将所述第一结构和所述第二结构锁定在一起的步骤包括在测量在所述第一结构和所述第二结构中的每个结构中的所述第一多个预钻孔和所述第二多个预钻孔的位置和取向的步骤之前，将所述短截梁和所述横梁固定在机身上。

条款10.一种方法，其包括：

制作在预定义位置处具有第一预钻孔的第一结构；

制作没有预钻的全尺寸孔的第二结构；

测量所述第一结构中的所述第一预钻孔的位置和取向；

确定与所述第一结构中测量的所述第一孔对应的在所述第二结构中待钻出的第二孔的位置；

基于所述第一结构中的所述第一预钻孔的测量位置和取向，创建用于在所述第二结构中钻出与所述第一结构中的所述第一预钻孔的测量位置和取向对准的所述第二孔的程序；

基于所述程序在所述第二结构中钻出所述第二孔；

将所述第二结构定位在所述第一结构上，使得所述第二结构中的所述第二孔与所述第一结构中的所述第一预钻孔对准；以及

穿过所述第一结构和第二结构的对准的第一孔和第二孔插入紧固件，以将所述第二结构固定到所述第一结构。

条款11.一种用于将第一结构紧固到第二结构的系统，其包括：

测量机器，其中所述测量机器被配置为对所述第一结构中的第一多个预钻孔和所述第二结构中的第二多个预钻孔的位置和取向进行测量；

测量程序，其中所述测量程序被配置用于执行所述测量机器的测量计划以对所述第一结构中的所述第一多个预钻孔和所述第二结构中的所述第二多个预钻孔的位置和取向进行测量；

至少一个处理器，其用于处理所述第一结构中的所述第一多个预钻孔和所述第二结构中的所述第二多个预钻孔的测量结果；

ODEM工作站，其中所述ODEM工作站被配置为基于所述第一结构中的所述第一多个预钻孔和所述第二结构中的所述第二多个孔的经处理的测量结果，生成用于在所述第三结构中钻出孔的NC程序；

CNC机器，其中所述CNC机器被配置用于基于所述NC程序在所述第三结构中钻出孔；以及

多个紧固件，其中所述紧固件被插入所述第三结构的所述钻孔中以及与所述第三结构的所述钻孔对准的在所述第一结构中的所述第一多个预钻孔和在所述第二结构中的所述第二多个预钻孔中，以将所述第一结构紧固到所述第二结构。

条款12.根据条款11所述的系统，其中所述测量机器包括坐标测量机器，其中所述坐标测量机器被配置为在3D坐标系中测量所述第一结构。

条款13.根据条款12所述的系统，其中所述坐标测量机器包括ROMER臂机器，其中所述ROMER臂机器包括被配置为围绕三个垂直轴线移动的臂，并且其中测量程序被配置为使用测量模型，所述测量模型包括用于每个预钻孔的测量点以及用于所述第一结构和所述第二结构中的每个结构的相邻配合表面点。

条款14.根据条款13所述的系统，其进一步包括具有轨道的稳定平台，所述轨道被定位成邻近所述第一结构和所述第二结构，其中所述ROMER臂机器被可滑动地安置在所述轨道上并且沿着所述轨道可移动以对所述第一结构和所述第二结构的选定区域进行测量，并且所述ROMER臂机器被配置为获得所述结构的重复测量结果，所述重复测量结果被比较以确保所述ROMER臂机器足够稳固，以对所述第一结构中的所述第一多个预钻孔和所述第二结构中的所述第二多个预钻孔的位置和取向进行测量。

条款15.根据条款11所述的系统，其中所述测量程序包括空间分析器，其中所述处理器以.XML格式处理所述测量结果。

条款16.根据条款11所述的系统，其包括钻头固定装置，其中当所述CNC机器在所述第三结构中钻出孔时，所述第三结构被夹紧到所述钻头固定装置。

条款17.根据条款11所述的系统，其中所述ODEM工作站被配置为使所述NC程序生效。

条款18.一种用于飞行器的结构装配件，其包括：

短截梁，其中所述短截梁包括第一多个预钻孔；

横梁，其中所述横梁包括第二多个预钻孔；

拼接头，其中所述短截梁通过所述拼接头连结到所述横梁，其中所述拼接头包括由CNC机器钻出的孔，其中所述拼接头的所述钻孔的位置基于所述短截梁的所述第一多个预钻孔和所述横梁的所述第二多个预钻孔的测量位置和取向；

紧固件，其中第一多个所述紧固件被插入所述短截梁的所述多个第一预钻孔和所述拼接头的第一组所述钻孔的对准孔中，其中第二多个紧固件被插入所述横梁的所述多个第二预钻孔和所述拼接头的第二组所述钻孔的对准孔中。

条款19.根据条款18所述的结构装配件，其中所述短截梁包括第三多个预钻孔，其中所述横梁包括第四多个预钻孔，其中所述结构装配件包括被连结到所述短截梁和所述横梁的附连配件，其中所述附连配件包括由CNC机器钻出的孔，其中所述附连配件的所述钻孔的位置基于所述短截梁的所述第三多个预钻孔和所述横梁的所述第四多个预钻孔的测量位置和取向，其中第三多个所述紧固件被插入所述短截梁的所述第三多个预钻孔和所述附连配件的第四多个所述钻孔的对准孔中，其中第四多个紧固件被插入所述横梁的所述第四多个预钻孔和所述附连配件的第五多个所述钻孔的对准孔中。

条款20.根据条款18所述的结构装配件，其进一步包括垫片，其中所述横梁被所述垫片填隙。

尽管已经示出和描述了通过钻孔并将紧固件紧固到结构部件来连结结构部件的系统的各种实施例，但是本领域技术人员在阅读说明书之后可以进行修改。本申请包括这样的修改并且仅由权利要求的范围限制。

Claims (15)

1.一种用于将第一结构紧固到第二结构的方法，其包括：

制作在预定义位置处具有第一多个预钻孔（52）的第一结构（26）；

制作在预定义位置处具有第二多个预钻孔（50）的第二结构（28）；

制作没有预钻的全尺寸孔的第三结构（30）；

测量所述第一结构和所述第二结构中的所述第一多个预钻孔和所述第二多个预钻孔的位置和取向；

确定与在所述第一结构和所述第二结构中测量的第一多个预钻孔和第二多个预钻孔对应的在所述第三结构中待钻出的第三多个孔（64T，64S）的位置；

基于所述第一结构和所述第二结构中的所述第一多个预钻孔和所述第二多个预钻孔的测量位置和取向，创建用于钻出所述第三结构（30）中的所述第三多个孔（64T，64S）的程序（89），所述第三多个孔（64T，64S）与所述第一结构和所述第二结构中的所述第一多个预钻孔和所述第二多个预钻孔的测量位置和取向对准；

将所述程序（89）发送给用于钻出所述第三多个孔（64T，64S）的CNC机器（106），并且在钻出所述第三多个孔（64T，64S）时通过钻头固定装置（110）将所述第三结构（30）夹紧就位；

当所述第三结构（30）被夹紧就位时，基于所述程序在所述CNC机器处在所述第三结构（30）中钻出所述第三多个孔（64T，64S）；

将所述第三结构（30）定位在所述第一结构和所述第二结构（26，28）上，使得所述第三结构中的所述第三多个孔与所述第一结构和所述第二结构中的所述第一多个预钻孔和所述第二多个预钻孔对准；以及

穿过所述第三结构的所述第三多个孔以及与所述第三结构的所述第三多个孔对准的所述第一结构和所述第二结构的所述第一多个预钻孔和第二多个预钻孔插入紧固件（68），以使用所述第三结构将所述第二结构紧固到所述第一结构。

2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在测量所述第一结构和所述第二结构中的所述第一多个预钻孔和所述第二多个预钻孔的位置和取向之前，将所述第一结构和所述第二结构一起定位在类似于所述第一结构和所述第二结构的最终装配的位置。

3.根据权利要求2所述的方法，其中测量所述第一结构和所述第二结构中的所述第一多个预钻孔和所述第二多个预钻孔的位置和取向是在单个几何参考系内执行的，使得所述第二多个预钻孔的相对准置是相对于所述第一多个预钻孔的测量位置来确定的。

4.根据权利要求3所述的方法，其中确定与在所述第一结构中测量的所述第一多个孔对应的在所述第三结构中待钻出的所述孔的位置包括：将测量的第一多个预钻孔位置转换到所述第三个结构中的孔位置。

5.根据权利要求4所述的方法，其中确定与在所述第二结构中测量的所述第二多个预钻孔对应的在所述第三结构中待钻出的所述孔的位置包括：通过将所述第二多个预钻孔的测量位置转换到第二多个预钻孔关于所述第一多个预钻孔的测量位置的相对位置来确定与在所述第二结构中的所述第二多个预钻孔对应的在所述第三结构中待钻出的所述孔的位置。

6.根据权利要求5所述的方法，其还包括将所述第一结构和所述第二结构锁定在一起，使得在测量所述第一结构中的所述第一多个预钻孔的位置和取向之前或同时，所述第一结构和所述第二结构相对彼此具有可忽略的移动自由度。

7.根据权利要求6所述的方法，其中使用最小二乘法来执行将测量的所述第一多个预钻孔位置转换到所述第三结构中的孔位置。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，还包括以下步骤：固定具有与所述第一结构和所述第二结构相邻的轨道（92）的稳定平台（85）；将测量机器（84）可滑动地安置到所述轨道，使得所述测量机器可滑动，以便对所述第一结构和所述第二结构上的选定区域进行测量；以及确定所述第一结构和所述第二结构的重复测量结果是否在预定的许可误差裕量内，以验证所述测量机器足够稳固以进行测量，其中测量机器被用于执行测量在所述第一结构和所述第二结构中的所述第一多个预钻孔和所述第二多个预钻孔的位置和取向的步骤。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一结构包括短截梁（26），其中所述第二结构包括横梁（28），其中所述第三结构包括拼接头（30），并且将所述第一结构和所述第二结构锁定在一起的步骤包括在测量在所述第一结构和所述第二结构中的每个结构中的所述第一多个预钻孔和所述第二多个预钻孔的位置和取向的步骤之前，将所述短截梁和所述横梁固定在机身上。

10.一种用于执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法以便将第一结构紧固到第二结构的系统，其特征在于所述系统包括：

测量机器（84），其中所述测量机器被配置为对所述第一结构（26）中的第一多个预钻孔（52）和所述第二结构（28）中的第二多个预钻孔（50）的位置和取向进行测量；

测量程序，其中所述测量程序被配置用于执行所述测量机器（84）的测量计划来对所述第一结构中的所述第一多个预钻孔和所述第二结构中的所述第二多个预钻孔的位置和取向进行测量；

至少一个处理器，其用于处理测量结果以确定所述第一结构中的所述第一多个预钻孔和所述第二结构中的所述第二多个预钻孔的位置；

ODEM工作站，其中所述ODEM工作站被配置为基于所述第一结构（30）中的所述第一多个预钻孔和所述第二结构中的所述第二多个预钻孔的经处理的测量结果，生成用于在所述第三结构（30）中钻出孔（64T，64S）的NC程序（89）；

CNC机器（106），其中所述CNC机器被配置用于基于所述NC程序（89）在所述第三结构（30）中钻出孔（64T，64S）；以及

多个紧固件（68），其中所述紧固件被插入在所述第三结构（30）中钻出的所述孔（64T，64S）中以及与在所述第三结构中钻出的所述孔对准的在所述第一结构中的所述第一多个预钻孔和在所述第二结构中的所述第二多个预钻孔中，以将所述第一结构紧固到所述第二结构。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述测量机器包括坐标测量机器，其中所述坐标测量机器被配置为在3D坐标系中测量所述第一结构。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述坐标测量机器包括ROMER臂机器，其中所述ROMER臂机器包括被配置为围绕三个垂直轴线移动的臂，并且其中所述测量程序被配置为使用测量模型，所述测量模型包括用于每个预钻孔的测量点以及用于所述第一结构和所述第二结构中的每个结构的相邻配合表面点。

13.根据权利要求12所述的系统，其进一步包括具有轨道（92）的稳定平台（85），所述轨道被定位成邻近所述第一结构和所述第二结构，其中所述ROMER臂机器被可滑动地安置在所述轨道上并且沿着所述轨道可移动以对所述第一结构和所述第二结构的选定区域进行测量，并且所述ROMER臂机器被配置为获得所述第一结构和所述第二结构的重复测量结果，所述重复测量结果被比较以确保所述ROMER臂机器足够稳固，以对所述第一结构中的所述第一多个预钻孔和所述第二结构中的所述第二多个预钻孔的位置和取向进行测量。

14.根据权利要求11-13中任一项所述的系统，其中所述测量程序包括空间分析器（98），其中所述处理器以.XML 格式处理所述测量结果。

15.根据权利要求11-13中任一项所述的系统，其中所述ODEM工作站被配置为使所述NC程序（89）生效。

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