CN111050945B - 飞机的铆接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包括将第一飞机部件(11)铆接到第二飞机部件(13)的铆接方法。该方法包括在将第一部件(11)铆接到第二部件(13)之后，通过被固定到一铆接头(40)上的全光成像装置(52)拍摄铆钉以及铆钉附近的第一部件(11)和第二部件(13)中的至少一个的全光图像(103)。该方法包括根据由成像装置(52)拍摄的全光图像检测(105)铆钉的定位和表面状况。

Description

飞机的铆接方法
技术领域
本发明涉及一种用于飞机制造的铆接系统。更具体地说，本发明涉及铆接操作的控制。
背景技术
铆钉在航空工业中广泛地用于通过压接以不可拆卸的方式装配飞机部件。飞机的这些铆钉受到巨大的机械应力和热应力。此外，通常选择铆钉以将飞机部件周围的气流干扰到最小。
铆接操作很大程度上是自动的。使用铆接头进行铆接操作，所述铆接头承载有涉及铆接操作的几种工具。
可以实时地自动控制一些铆接操作，特别地使用作为铆接头移位的函数的铆钉上所施加受力的曲线。例如，在申请EP 1 302 258中公开了这种控制方法。
然而，铆接控制操作通常由专业操作者执行，一旦装配了一种部件的所有铆钉。
在铆接后并且在不干扰铆接的情况下，需要以可靠的方式在有限的时间内尽快地验证飞机铆钉的正确装配。
发明内容
本发明旨在至少部分地解决现有技术的解决方案中遇到的问题。
在这方面，本发明的目的是一种铆接方法，其包括通过铆接系统将第一飞机部件铆接到第二飞机部件，所述铆接系统包括铆接工具和全光图像采集装置。
所述铆接工具被构造成通过铆接将第一部件装配到第二部件，所述铆接工具包括用于接触第一部件和/或第二部件的铆接头。所述全光图像采集装置被固定到所述铆接头。
根据本发明，所述铆接方法包括在将第一部件铆接到第二部件之后，通过图像采集装置拍摄铆钉和铆钉周围的全光图像。该方法包括根据由所述图像采集装置拍摄的全光图像检测铆钉的定位和表面状况。
得益于根据本发明的铆接方法，只要发生了铆接，就可以控制铆钉的状况和铆钉的定位。所使用的全光图像采集装置具有很小的空间要求，并且不干扰铆接。图像采集装置和相关联铆接头的移位是有限的。因此，铆钉及其周围的全光图像的使用在相同装置上实施精确、可靠、快速的控制。
全光图像是一种对来自场景的光线强度和所述光线的方向进行采样的二维图像。当然，拍摄全光图像可被理解为拍摄多个图像。
本发明可任选地包括一个或多个以下特征，无论彼此是否结合。
有利地，所述铆接方法包括根据由所述图像采集装置拍摄的图像三维重构铆钉和铆钉周围。
有利地，所述铆接方法包括将铆钉的被检测位置与铆钉的基准位置比较，并将铆钉的被检测表面状况与铆钉的基准表面状况进行比较。
根据一实施例的特定特征，所述铆接方法包括发送铆钉的定位和/或表面状况缺陷的信号，特别地当检测到铆钉的铆钉头齐平缺陷和/或凹口时。
根据一个有利的实施例，所述铆钉是盲铆钉。
根据另一有利的实施例，所述铆钉具有头部，一旦所述铆钉被装配，所述头部将与所述第一部件的表面和/或所述第二部件的表面齐平。
优选地，所述铆钉是沉头铆钉。
根据一个实施例的另一特定特征，所述铆接方法包括铆接第一铆钉，以通过如上所限定的铆接方法将所述第一部件装配到所述第二部件。所述方法进一步包括铆接第二铆钉，以通过如上所限定的铆接方法将所述第一部件装配到所述第二部件。
有利地，所述铆接方法包括将第二铆钉的被检测定位与第一铆钉的被检测定位进行比较。
根据一种有利的实施例，所述铆接方法包括将第二铆钉的被检测表面状况与第一铆钉的被检测表面状况进行比较。
有利地，所述铆接方法包括建立铆钉布置统计。
本发明还涉及一种飞机的铆接系统，其包括被构造成通过铆接将第一飞机部件装配到第二飞机部件的铆接工具。所述铆接工具包括用于接触第一部件和/或第二部件的铆接头。
根据本发明，所述铆接系统包括一种被构造成在将第一部件铆接到第二部件之后，拍摄铆钉及铆钉周围的全光图像的全光图像采集装置。所述图像采集装置被固定到铆接头。
特别是，当铆接头相对于第一部件和第二部件静止时，所述全光图像采集装置被构造成拍摄具有至少沿铆钉头的纵轴方向的可变聚焦区域的图像。
有利地，所述铆接头包括旋转筒和铆接工具。所述旋转筒包括围绕铆钉头的纵轴周向地分布的壳体。所述铆接工具执行铆接中所涉及的多种操作。所述铆接工具旨在被容纳在筒壳体中。图像采集装置被容纳在所述筒壳体中。
所述铆接工具特别地彼此不同。
根据一种实施例的特定特征，所述铆接工具包括用于钻穿通过第一部件和第二部件的孔的工具，用于插入铆钉销和/或铆钉主体的工具，和/或铆钉机。
附图说明
在阅读参考附图仅被提供用于指示性和非限制性目的的示例性实施例的描述时，将更好地理解本发明，其中：
-图1是飞机的涡轮机的局部示意图；
-图2a、2b和2c示出了根据第一优选实施例的使用铆接系统的飞机的铆接操作；
-图3a、3b示出了能够由铆接系统检测的两种类型的装配缺陷；
-图4是在横截面中具有其铆接头的铆接系统的局部示意图；
-图5是在纵截面中具有其铆接头的铆接系统的局部示意图，特别地详述了全光传感器的定位并且示意性地示出了光线轨迹。
-图6示出了根据第一实施例使用铆接系统的铆接方法。
具体实施方式
图1显示一旁路和双轴涡轮机1。该涡轮机1是一种具有围绕一纵向轴线AX的旋转形状的涡轮喷气发动机。
从一初级流A的上游到下游，该涡轮机1包括进气管2、风扇3、低压压缩机4、高压压缩机6、燃烧室7、高压涡轮8和低压涡轮10。
上游和下游方向参照涡轮喷气发动机中的气体的总流使用在该文献中，该方向大致平行于纵向轴线AX的方向。
低压压缩机4、高压压缩机6、高压涡轮8和低压涡轮10限定了一绕过它们的次级流B的次级流动路径。
高压压缩机6和高压涡轮8通过高压压缩机6的驱动轴5机械地连接，以形成涡轮机1的高压主体。同样，低压压缩机4和低压涡轮10通过涡轮机轴1机械地连接，以形成涡轮机1的低压主体。
低压压缩机4、高压压缩机6、燃烧室7、高压涡轮8和低压涡轮10由一从进气管2延伸到低压涡轮10的外壳9围绕。
图2a至2c表示放置盲铆钉20，以通过将第一飞机部件11压接到第二飞机部件13上来进行组装的步骤。第一部件11和第二部件13例如是外壳9的段或飞机的其他机舱段。
盲铆钉20也被称为“POP”铆钉。其包括销22和主体24，所述主体24形成围绕销22的环形环。销22在其一端包括头部23，一旦安装了铆钉20，所述头部23将成为铆钉接缝28的一部分。一旦安装了铆钉20，主体24的上端就形成铆钉的头部26。
在图2a所示的第一步骤中，铆钉20插入到一个穿过第一部件11和第二部件13的孔15中。该孔15在第一部件11处包括沉头部分，其用于保持沉头钉26。
在图2b所示的中间步骤中，由铆钉机68沿组装方向X-X与第一部件11和第二部件13相对地向上拉铆钉的销22。铆钉机68通常是包括用于夹持销22的钳夹69的铆接钳。
在图2c所示的最后步骤中，销22分成销的上部22b和下部22a。上部22b使用铆接钳68按照箭头C移动。下部22a被保留，以将第一部件11组装到第二部件13上。主体的上端形成与第一部件11的上表面齐平的沉头钉26。沉头钉26的齐平使得可限制由铆钉20在第一部件11的表面上所产生的气动干扰。
销的头部23和主体24的下端平靠第二部件13，以形成铆钉接缝28。然后将第一部件11铆接到第二部件13上。
图3a表示铆钉20的第一种可能的齐平缺陷。在这种情况下，在铆钉20头部的上表面与第一部件11的上表面之间存在间隙j1，该间隙j1可导致在第一部件11附近流体的气动干扰。
图3b显示铆钉20的第二种可能的齐平缺陷。在这种情况下，在铆钉20头部的侧表面与第一部件11的上表面之间存在间隙j2，该间隙j2可导致在第一部件11附近流体的气动干扰，并可能导致铆钉20的更差的机械强度。
铆接系统5包括铆接工具30和用于检测例如图3a和3b中所示的铆钉20的可能的组装缺陷的控制系统50。
参照图4和5，铆接工具30包括铆接头40，用于转移铆接头32的设备以及指令系统36。铆接工具30被构造成以自动方式通过盲铆钉20将第一飞机部件11组装到第二飞机部件13上。
铆接头40包括旋转筒42。其承载有铆接工具62、64、66、68以及作为铆接控制系统50的一部分的图像采集装置52。铆接头40用于接触第一部件11和/或第二部件13，以通过铆接将它们组装。
筒42包括围绕铆钉头40的纵轴线X-X周向地分布的壳体43。铆钉头40的纵轴线X-X对应于当正组装铆钉20时铆钉20的组装方向。筒42可绕铆接头的纵轴线X-X旋转。
壳体43用于容纳铆接所需的各种操作所涉及的各种铆接工具62、64、66、68。至少一个壳体43用于容纳图像采集装置52。
铆接工具62、64、66、68包括第一钻孔工具62、第二钻孔工具64、铆钉插入工具66，以及如上参考图2a至2c所述的铆钉机68。第一钻孔工具62用于钻穿过第一部件11和第二部件13的通孔15。第二钻孔工具64用于在第一部件中钻孔，从而在通孔15的上部中容纳沉头钉26。插入工具66用于沿组装方向X-X插入铆钉主体24和铆钉销22。
组装方向X-X、第一横向方向Y-Y和第二横向方向Z-Z形成一定心在铆钉头20上的正交参考系。其例如显示在图2a至2c和图3a至3b中。
在图4中，壳体43中的第一个容纳第一钻孔工具62。第二壳体43容纳第二钻孔工具64。第三壳体43容纳插入工具66。第四壳体43容纳铆钉机68。第五壳体容纳图像采集装置52。
用于使铆接头32移位的装置包括电机以及臂，在所述臂的端部定位有铆接头40。电机能够使筒42绕铆钉头40的纵轴线X-X旋转，以使每个铆接工具62、64、66、68和图像采集装置52依次面对铆钉20要安装的位置。该臂用于使铆接头40平移，特别是沿组装方向X-X、第一横向方向Y-Y和第二横向方向Z-Z平移。
指令系统36用于命令移位设备32以使筒42移位。其还用于命令每个铆接工具62、64、66、68彼此独立地操作，以及命令图像采集装置52的操作。
结合参考图4和5，控制系统50包括图像采集装置52和控制单元58。
图像采集装置52是全光图像采集装置。其包括全光传感器54。其还包括光源56。图像采集装置52被容纳在壳体43中。其被固定到铆接头40。
全光传感器54包括光学系统55和处理单元57。其被构造成一旦在组装了铆钉20后即拍摄铆钉20的一个或多个图像。全光传感器54是一数字图像采集装置，其感测铆钉20的光强度并对来自铆钉20的光线的到达方向进行采样。通过对来自铆钉上相同点的光线进行三角测量的方法，可以重构该点的位置。如果对于由全光传感器54看到的所有点实施该操作，则获得铆钉及其邻近表面的三维重构。
光学系统55包括形成矩阵的多个显微物镜。
处理单元57设置为处理其从光学系统55接收的信号，以形成铆钉20的图像。
光源56用于照亮铆钉20，使得全光传感器54可对铆钉20进行图像拍摄。其优选位于全光传感器54的壳体43中或在待成像区域的附近。
控制单元58是计算机单元。其连接到处理单元57。特别是，其包括存储器和微处理器。
控制单元58设置为根据由图像采集装置52拍摄的图像检测铆钉20的定位和表面状况。为此，其实施铆钉20的三维重构，并且其还使用铆钉20及其邻近表面的至少一个二维图像。控制单元58于是设置为将铆钉20的被检测定位与一基准位置进行比较。其还设置为将铆钉20的被检测表面状况与铆钉20的基准表面状况进行比较。
它被设置为由此推断铆钉20布置中的缺陷，例如铆钉26的头部的齐平缺陷和/或铆钉的凹口，或者被称为美观缺陷的缺陷，例如在二维图像中可看到的污点或划痕。被检测到的平整度缺陷具体为是图3a和3b中所示的缺陷。如果它在铆钉20的布置中未检测到任何缺陷，则控制单元58确认铆钉20的布置。
控制单元58还设置为相对于其它铆钉的定位和表面状况比较铆钉20的定位和表面状况。因此，其允许建立铆钉20布置统计。
它设置为连接到声音的、触觉的和/或视觉的警报，以在发生铆钉20组装错误和/或铆钉20组装错误数量异常多的情况下警告操作者。
用于铆接第一铆钉20的方法参考图6进行描述。该铆接方法100在步骤101中从通过铆接工具30布置第一铆钉20开始。
然后，一旦布置了铆钉20并将第一部件11组装到第二部件13，则图像采集装置52在步骤103中拍摄铆钉20、第一部件11和/或第二部件13以及铆钉20周围的图像。
然后，在步骤105中，处理单元57和控制单元58检测铆钉20的定位。在步骤105中，它们还检测铆钉20的表面状况。
在步骤107中，控制单元58将铆钉20的被检测定位与铆钉20相对于第一部件11以及相对于第二部件13的参考定位进行比较。控制单元58将铆钉20的表面状况与铆钉20的基准表面状况进行比较。
如果控制单元58没有检测到与铆钉20的布置有关的任何缺陷，例如铆钉20的齐平缺陷或凹口，则控制单元58可确认铆钉20的布置。
可选择地，控制单元58可以检测与铆钉20的布置有关的缺陷。在这种情况下，铆接工具30和/或操作者可移除缺陷铆钉20，以安装新的铆钉。
在步骤109中，控制单元58将第一铆钉20的布置，也就是第一铆钉20的定位和表面状况与其他铆钉的定位和表面状况进行比较。特别是，其在步骤111中建立关于铆钉布置的统计。
对于由控制单元58检测的第一铆钉20的布置中的缺陷，在步骤113中，可由控制系统50警告操作者。特别是，对于铆钉20的布置中的反复出现的缺陷，警告操作者以限制未来可能的错误。
步骤103、105、107、111和113共同形成用于检查铆接的方法，一旦在步骤101中布置铆钉，则实施所述方法。
一旦布置了第一铆钉20并且进行了第一铆钉20的检查，则用不同于第一铆钉的第二铆钉20重复该铆接方法100。重复该方法，直到通过铆钉压接到第二部件13上而组装第一部件11。
一旦已将铆钉20组装到第一部件11和第二部件13上，则图像采集装置52设置为拍摄铆钉20的图像，以在不干扰铆接的情况下快速地控制其状况和其定位。
特别地，由图像采集装置52对铆钉20及其周围的全光图像，也就是沿组装方向X-X、沿第一横向方向Y-Y和沿第二横向方向Z-Z的具有可变聚焦区域的图像的拍摄，有助于由控制单元58随后分析这些图像，从而在布置铆钉20后推断铆钉20的状况和位置。
全光图像采集装置52具有有限的空间要求，该有限的空间要求允许将其容纳在筒42中并且不干扰铆接操作。
当然，本领域技术人员可以对刚刚描述的本发明进行多种修改，而不脱离本发明描述的范围。
特别是，铆接方法100的一些步骤可以同时发生。例如，检测铆钉的定位和表面状况的步骤105可以与比较铆钉20的定位和表面状况的步骤107同时进行。可选择地或者另外，检测铆钉的定位和表面状况的步骤105可由处理单元57与拍摄图像的步骤103同时实施。
基于由全光图像采集装置52拍摄的图像，操作者可视觉地实施定位检测和铆钉20状况的检测，至少关于某些铆钉20。
可选择地，光源56结合到全光传感器54中。
可选择地或者另外，控制单元58被容纳在全光传感器54的壳体43内。
可选择地，移位设备32设置为相对于全光图像采集装置52的壳体43向前移动和/或向后移动全光图像采集装置52。
可选择地，铆钉插入工具66由销插入工具以及由主体插入工具所取代。
铆钉机68可以与铆钉插入工具66形成一单一铆接工具。铆钉机68的形状可能不同，特别是在铆钉20是圆头铆钉的情况下。
铆钉20可由实心铆钉取代。而且，铆钉头26可以是半球形的，特别是在铆钉20不可能产生对于飞机的气动干扰的情况下。
第一部件11和第二部件13可由涡轮机1的不同外壳段形成。

Claims (13)

1.一种铆接方法，包括利用一铆接系统(5)将第一飞机部件(11)铆接到第二飞机部件(13)，所述铆接系统包括：
铆接工具(30)，所述铆接工具被构造成通过铆接将所述第一飞机部件(11)组装到所述第二飞机部件(13)，其中，所述铆接工具(30)包括铆接头(40)，所述铆接头用于接触所述第一飞机部件(11)和/或所述第二飞机部件(13)，以及
全光图像采集装置(52)，其中，所述全光图像采集装置(52)被固定到所述铆接头(40)，
该铆接方法还包括：
在将所述第一飞机部件(11)铆接到所述第二飞机部件(13)之后，通过所述全光图像采集装置(52)拍摄一铆钉以及该铆钉周围环境的全光图像(103)，并且
根据由所述全光图像采集装置(52)拍摄的全光图像来检测(105)所述铆钉的定位和表面状况。
2.根据权利要求1所述的铆接方法，包括所述铆钉和所述铆钉的周围环境的三维重构。
3.根据权利要求1所述的铆接方法，包括将所述铆钉的被检测到的定位与所述铆钉的一基准位置进行比较(107)，以及将所述铆钉的被检测到的表面状况与所述铆钉的一基准表面状况进行比较。
4.根据权利要求3所述的铆接方法，包括发送(113)所述铆钉的定位和/或表面状况缺陷的信号。
5.根据权利要求4所述的铆接方法，包括当检测到所述铆钉的铆钉头齐平缺陷和/或凹口时，发送(113)所述铆钉的定位和/或表面状况缺陷的信号。
6.根据权利要求1所述的铆接方法，其中，所述铆钉是盲铆钉，和/或
其中，所述铆钉具有在铆接后将与所述第一飞机部件(11)的表面和/或所述第二飞机部件(13)的表面齐平的头部。
7.根据前述权利要求6所述的铆接方法，其中，所述铆钉是沉头铆钉。
8.根据权利要求7所述的铆接方法，包括建立铆钉布置统计表。
9.一种飞机的铆接方法，包括：
通过实施根据权利要求1所述的铆接方法铆接第一铆钉，以将第一飞机部件(11)组装到第二飞机部件(13)，
通过实施根据权利要求1所述的铆接方法铆接第二铆钉，以将第一飞机部件(11)组装到第二飞机部件(13)。
10.根据权利要求9所述的铆接方法，包括将所述第二铆钉的被检测到的定位与所述第一铆钉的被检测到的定位进行比较(109)，和/或将所述第二铆钉的被检测到的表面状况与所述第一铆钉的被检测到的表面状况进行比较。
11.一种用于飞机的铆接系统(5)，包括被构造成通过铆接将第一飞机部件(11)组装到第二飞机部件(13)的铆接工具(30)，所述铆接工具(30)包括用来接触所述第一飞机部件(11)和/或所述第二飞机部件(13)的铆接头(40)，
其特征在于，所述铆接系统(5)包括全光图像采集装置(52)，该全光图像采集装置设置为在利用铆钉将第一飞机部件(11)铆接到第二飞机部件(13)之后拍摄该铆钉以及该铆钉的周围环境的全光图像，其中，所述全光图像采集装置(52)被固定到所述铆接头(40)。
12.根据权利要求11所述的铆接系统(5)，其中，所述铆接头(40)包括：
旋转筒(42)，所述旋转筒(42)包括绕所述铆接头(40)的纵轴线沿周向分布的壳体；以及
铆接头铆接工具，所述铆接头铆接工具彼此不同并且实施铆接中涉及的不同操作，
其中，所述铆接头铆接工具将容纳在所述旋转筒的壳体(43)中，其中，所述全光图像采集装置(52)被容纳在所述旋转筒的一个壳体(43)中。
13.根据权利要求12所述的铆接系统(5)，其中，所述铆接头铆接工具包括用于钻穿过第一飞机部件(11)和第二飞机部件(13)的孔的工具(62、64)、用于插入铆钉销和/或铆钉主体的工具(66)，和/或铆钉机(68)。
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