CN1232730A - 搭接接头的小型铆接装置及其使用方法 - Google Patents

搭接接头的小型铆接装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

用于自动紧固飞机结构的便携式装置。采用两个主要组成件来定位、安装整个蒙皮紧固件。内、外组件被连接于飞机机架,并通过预先被制作在整个结构中的坐标孔相互对准。通过使相邻飞机机架对准和插入对准销,使飞机结构用预钻的坐标孔组装。对准销会提供一定程度的压紧而将构件拽在一起,并为内外真空附件轨道系统提供相互对准的条件。其可沿该轨道系统行走、精确地自行定位、钻孔和钻沉头孔、插入紧固件,然后将其紧固即铆接铆钉。

Description

搭接接头的小型铆接装置 及其使用方法
本发明涉及一种轻便式加工装置，更具体地说涉及一种机械结构制造中用的轻便型紧固系统。
用于将构件组装成有一特定形状的大机械结构的传统制造技术依靠利用装配夹具和样板的固接加工技术，将构件彼此正确地安置。遗憾的是，由于样板的缺陷或因温度变化在固定加工工具中引起的变化，此种方法往往产生超出允许公差的零件。
为了解决传统技术中所遇到的问题，研制出了一种组装构件的方法及装置，它们利用子部件关键特征间的空间关系，此空间关系则用数字零件定义数据在子部件上钻出的座标孔来代表。子部件则被制造得内在地确定部件的尺寸及形状。
利用关键特征确定一飞机机身分段尺寸及形状的情况示出于图1。在图1中，蒙皮20有多个桁条22及铆接于桁条上的抗剪系片24。具有与想要的飞机机身外侧轮廓相同的一弯形轮廓的隔框30然后就被铆接于抗剪切系片24及桁条夹26。
桁条22、抗剪切系片24和桁条夹26必须极精密地、始终如一地紧因于机身蒙皮20上。零件制造的精度确保飞机完美地装配在一起：既没有受预挤压应力的零件，又没有外观缺陷。
起初，一计算机数控机床(CNC机床)在蒙皮20上进行加工作业。在蒙皮20和桁条22上钻出座标孔。也在抗剪切系片24及桁条夹26上，钻出相应的座标孔。边缘特形铣精加工作业用一种高速特形铣边缘操作装置来进行对机身蒙皮20的边缘特形铣削，通过精密地使蒙皮的此边缘相对蒙皮上的座标孔定位安置，使之达到由原始的零件定义数据确定的精确尺寸。
桁条22通过它们的对准的座标孔被紧固于蒙皮20。然后对抗剪切系片24及桁条钻孔，并将它们铆接于蒙皮20，桁条夹26被以准确的位置插入并保持其位置，然后被钻孔和铆接形成一壁板34。
蒙皮20有一系列沿着蒙皮20的边缘钻出的壁板对壁板的座标孔32。孔32被用来使壁板34相互定位。壁板34相对来说仍是易于变形，所以最终的形状要由这些构件及其匹配的座标孔来确定。
壁板对壁板座标孔32逐孔对准，并在壁板边缘的相对表面间施加密封胶。使壁板34对准，从而使在相邻壁板34上的座标孔32精确地对齐，然后使此两壁板用临时cleco紧固器通过座标孔在壁板的相邻边缘处固定。然后对这些壁板钻孔并将它们永久地铆接在一起，形成一个大壁板36。
在隔框30上钻座标孔，并使之与桁条夹26上的座标孔对准。使隔框30固紧，它们的对准确定着大壁板36的外形。这样此外形就与任何硬装配夹具无关。一旦大壁板36形成，临时性使构件定位的cleco紧固器就被永久性紧固件替代。
大壁板36利用壁板对壁板座标孔32临时紧固在一起，形成机身1/4壁板，1/4壁板又被临时紧固在一起而形成一下机身瓣38A、一上机身瓣38B。它们分别示出于图2A及2B。利用座标孔使地板栅条40与下瓣38A对准并紧固定位。夹具44并不确定机身的尺寸或形状，确定机身42的横向尺寸的是钻在地板栅条40上的座标孔。
隔框30及瓣蒙皮座标孔46一旦被对准及用cleco紧固器将其临时固定，就对它们钻孔，以便形成最终的机身段42，其情况示出于图2B。之后，此机身段42就被拆卸、去毛刺，清洗并且施加密封胶。
密封之后，再用座标孔使每个大壁板36对准。大壁板36的搭接部分、一搭接接头48示出于图2B及2C。每个搭接接头48有多个柱行50，每个柱行50有三排铆钉52A-52C。两行铆钉52A,52C用于要求埋头的铆钉，并如此钻孔。
大壁板36通过装配装置可被紧固形成1/4壁板，装配装置可如美国专利4662566(′556专利)中介绍的那种。但是，在′556专利中介绍的该装置沿着由两个大的弧状导轨支承的一导向梁移动加工组件，而且由于它们的大小及设计不可能分别用来形成下或上机身瓣38A和38B。简言之，′566专利中介绍的装置及其任何变型都不能装在机身瓣38A和38B中，因而一定不能装在机身组件42中。将′556专利中介绍的那种装配装置重新设计成能处理机身组件42较大部件的努力均失败了，其原因在于严重的振动问题，它们影响铆钉一类的紧固件的正确安置。而且′556专利所介绍的装配装置不是通用的，其要有费用昂贵且笨重的支承结构。
最近，机身1/4壁板36及上、下瓣38B和38A、及最终机身组件42均在被锉光、清洗及密封后被重新安装定位。然后壁板36被用手工铆接在一起，一个人站在机身外面的平台上(未示出)，插入铆钉紧固件并用气动铆枪铆紧，而此时另一个人站在此机身内，对着一铆钉尾部支撑一大型撑杆，并用其肩斜靠着撑杆使之保持正确位置。很明显，这样的一个工艺会有受伤的危险存在。而且人力处理会在铆钉中产生不均匀变形、不正确入位或铆接得离搭接接头边缘48太近。
而且，手工操作是危险的、费时间、成本高，而且往往导至昂贵的返工。因此，需要有一种紧固装置，它能加速生产、确保铆接和钻孔精度，并可取消因去毛刺、清洗和密封而要求拆卸整个机身，而且可以在机身组件42中工作。
根据本发明的一个方面，一种装置可在第一壁板和第二壁板上沿着一拼接处进行紧固作业。本装置包括一与第一、二壁板对准的外导轨，外导轨利用也用来使第一、二壁板在一夹具中对准的座标孔，以及一沿外导轨顺第一方向可动的末端作用器，其与由第一、二壁板形成的接合处对准。
根据本发明的另一方面，提供一种重量轻的手提式小型铆接装置，它用于处于不能对笨重机器提供合适的具体支承的环境中的构件。此小型铆接装置具有全部由该构件支承并与此构件的特征部分对准，用以提供无固定支承和对准的外导向机构及外部末端作用器，此外部末端作用器与外导向机构以滑动方式结合，用以钻一孔及将一紧固件插入此构件。
根据本发明的又一方面，提供一种用于连接飞机机身两部分的一蒙皮搭接接头钻孔并紧固的手提钻、铆装置，这些机身部分具有利用座标孔对准的桁条、隔框及蒙皮。此装置有一外导轨，外导轨有利用在飞机机身上钻出的座标孔对准蒙皮搭接接头的一段长度；还有一个外部末端作用器，它具有沿外导轨的对准的该段长度驱动外部末端作用器的第一驱动组件。此装置还具有一至少与一个桁条连接的内导轨，此桁条则紧固于飞机机身；及一内部末端作用器，此末端作用器有一个将内末端作用器驱动到与外末端作用器对准的在机身相反侧的位置的第二驱动组件。
参考下列附图后会对本发明的各个方面、特点及优点有更好的理解，各附图为：
图1是一装配后的现有技术的大壁板透视图，示出蒙皮、桁条、抗剪切系片，桁条夹及隔框件；
图2A是示出一地板栅条的现有技术机身下瓣的透视图；
图2B是完全组装了的一现有技术机身部分透视图；
图2C是两个大壁板之间一现有技术蒙皮搭接头平面图；
图3是本发明的一小型铆接装置的端视图；
图4A是小型铆接装置的一定位销侧视图；
图4B是定位销正视图；
图4C是定位销的反射头的正视图；
图5是小型铆接装置外导轨及外部末端作用器部件的透视图；
图6是外导轨的一组真空发生器的示意图；
图7是一接连部分平面图，它示出外导轨的基本导轨的真空密封；
图8A是外部末端作用器从上、左方向看的透视图；
图8B是外部末端作用器从下、左方向看的透视图；
图8C是外部末端作用器从上、右方向看的透视图；
图8D是外部末端作用器从下、右方向看的透视图；
图8E是外部末端作用器底部的透视图；
图9A是外部末端作用器压力基座子部件透视图；
图9B是压力基座子部件的中间连杆及支架侧视图；
图10A是外部末端作用器的紧固件送进销底视图；
图10B是外部末端作用器的紧固件送进销侧视图；
图11是小型铆接装置内部末端作用器及内导轨透视图；
图12A是内部末端作用器透视图；
图12B是内部末端作用器的底部透视图；
图13A-13C是内部末端作用器的一铆钉突出传出器侧视图；其中：
图13A示出在初始搭放时的顶杆；
图13B示出刚好在变形前的顶杆；
图13C示出在一紧固周期结束时靠贴在一端部上的顶杆；
图14A是一直顶杆的透视图；
图14B是一左顶杆的透视图；
图14C是一右顶杆的透视图；
图14D是插于搭接接头与桁条间的左顶杆侧视图；
图15是示出包括有小型铆接装置的控制系统的系统车透视图；
图16是流程图，它示出由控制系统的控制处理单元(CPU)实现的主运行程序。
图17是流程图，它示出由运行程序实施的压紧和钻削子程序；
图18是示出运行程序完成的一紧固子程序的流程图。
下面介绍优选实施例
定义：
飞机机架，它是一结构部件，包括不带机翼或水平和垂直安定面的飞机主体；
波音润滑剂(Boelube)：十六醇，一种用于金属切削的无毒润滑剂；
顶杆：一种在铆接工艺中用来将铆钉尾部压平成为一铆头的金属工具，顶杆用来作为砧座承受用铆枪铆入铆钉时的反力，从而使铆钉变形；
夹紧：将两个或多个飞机机架零件放在一起，从而使有关表面间不存在间隙，将工件把持在一起的能力；
沉头深：在一紧固件孔中的沉头深度；
钻沉头孔：一种具有一同轴通孔的锥孔加工，此锥孔用于容纳紧固头，使该头与孔周围的金属齐平(即等高)；
暂停时间：一个允许等待的时间周期，它是正常紧固作业的一部分，例如用于将密封剂挤出，及用于在铆铆钉期间维持铆钉枪的动力；
末端作用器：一种安装有模件的工具定位器；
紧急停止：软件独立停止讯号，使系统立即停止运行；
故障安全：结合某些特征以自动地抵消预期可能的故障原因造成的结果。
紧固件：用于指铆钉和螺栓的一般术语；
送进停止：在过程的任意位置处受软件控制的系统停止(但给马达和驱动器的动力无需去除)；
搭接接头：两个要被紧固的壁板间的重叠区域，在此处一行行铆钉沿着接头的长度方向安置，一列列铆钉沿着接头的宽度方向安置；
机械控制数据(MCD)：被载入控制器的程序，在进行搭接紧固作业中指导MRS的运行；
模态：数字程序控制N/C运行模式，在其被另一个N/C命令改动以前被锁定在作用状态，以便用于所有的后继运行；
模件：独立运行单元，它是总系统的一部份，例如钻削/钻沉头孔模件，铆钉铆接和送进模件；
RC(洛氏硬度“C”)：一种测量和表示金属硬度的标准方法；
铆钉：一种金属钉或销，通过将它们插入各个构件的孔中后锤击其小端以便形成另一个头，而将各个构件连接在一起。
密封剂：一种耐久的防水材料，它被施加于选定的组件，从而防止水渗入组件，和防止组件锈蚀；
软件源代码：软件研制者为计算机应用所编写的可编辑软件语言；
保持包络：一种假想的包络，即当本系统被安装在安置于飞机机架上的导轨上时，一定不能超出的范围。
涡旋痕：在正在被钻削材料表面上的痕迹，此痕迹与所钻的孔同心，这些涡旋痕迹是由正在被从所钻的孔排出的切除材料产生的。
工件、构件、壁板：飞机机架或任何结构或构件，本装置将要在该元件上完成紧固施工。
小型铆接装置
本发明涉及一种小型铆接装置，它不用大而笨重的机械就在一搭接接头处将两个壁板快速精确地固定。
如图3所示，小型铆接装置100已包括一外导轨102，导轨102由搭接壁板110的外表面支承并安置定位，及一可沿外导轨102运动的外部末端作用器子系统104，用于夹紧壁板110、对壁板110钻孔及钻沉头孔、将紧固件递送/插入壁板110及铆铆钉将壁板固紧。小型铆接装置100还具有一内导轨106，它由壁板110的内表面支承及定位，及一内末端作用器108，它可沿内导轨106运动，并用于夹紧此壁板110，冲击铆钉、使壁板110固紧，即使在该紧固件被连接于壁板之一上的部分阻隔时也是如此。
如图15所示，小型铆接装置100在一控制装置车112上可很容易地运送，在车112上支承一控制装置114。铆接装置100无需专门的安装支承要求就可以迅速地安装在两块壁板110上。此外，装置100还足够紧凑，从而使它能容易地被安装在飞机机身部分的里面和外面，并可沿此机身部分运动。而且，本装置100有足够的灵活性，从而使它可以紧固单个壁板、壁板组件、飞机机架机身体部件或整个飞机机架机身。
如图3所示，内、外端操作装置108、104将由两块壁板110形成的搭接接头116局部压紧，但不与附近的操作发生干涉。此外，在压紧期间所用的局部压力防止接头116之间产生毛刺和使切屑不掉落在其中。因此，局部压力允许在密封和钻削搭接接头116后，立即进行紧固搭接接头116步骤。这种快速过程代替了以前的非拚合的对构件的钻削、锉削、清洁、密封、重新拚合、对准构件和将壁板110在搭接接头116处固紧的过程。
本装置也提供高程度模件化，允许快速容易地更换钻头、沉头孔钻、铆钉枪及顶杆。本方案提供了高度的灵活性，因而能使装置100适用于飞机机架所要求的紧固任务的很大部分。
装置100的小尺寸和重量轻使它成为一组紧固工作的理想用具，本装置100的各种变型可以被安装在大型机械结构的各个位置上，例如飞机机架在同一搭接接头处可同时进行多种操作，或者可在结构/飞机机架机身的不同搭接接头处同时进行各种操作。装置100的性能显著地提高飞机机身的生产率。
与将其座标系统在一夹具上归零或瞄准的现有技术紧固装置不同，小型铆接装置能够瞄准用来对准两个壁板110的座标孔。使用座标孔瞄准内、外末端作用器104和108提高了末端作用器的精度，并且通过分别沿一搭接接头116的每个座标孔来瞄准内、外末端作用器104和108，使因热变化产生的漂移或被紧固件诱发的膨胀被减至最小。
定向定位指示销
装置100瞄准或归零同一用来在搭接接头116处对准搭叠壁板110的座标孔。为此，如图4A-C所示，将定向定位指示销120安装在此搭接接头116的该座标孔中。定向定位指示销120有一凸键122，它具有设有螺纹的尾部，并被紧配入座标孔中，还有从搭接接头116外表面延伸的一部分，此延伸部分有一用于与外导轨对准的外缘124及用于与外部末端作用器104对准的槽缝104。定位指示销120还包括一与突伸键122柄部螺纹连接的另一反射头126，从搭接接头116内表面向外延伸的反射头126包括一反射四方部128，四方部128用来瞄准内末端作用器108，四方部的宽W与搭接接头116的长度方向平行。
装置100以相对安装于搭接接头116的定位指示销120确立定位参考座标系统。使用定位指示销120可以确立局部座标点以重新归零外、内末端作用器104和108，通过周期性的归零末端作用器，由于沿搭接接头116的膨胀或变形使紧固件和孔的定位位置不合适的可能性被显著地减小。也由于瞄准座标孔，故不再需要有一夹具瞄准末端作用器。使用夹具会减少通过使构件与座标孔对准而获得的总优点。
外导轨
如图5所示，外导轨102包括一主导轨130，一副导轨132及多个导轨固定件134A-134AC。导轨固定件134A-134C各自与一定位指示销120的键122对准。之后，导轨固定件134就被连接于主、副导轨130和132，并被用于使主副导轨130和132对准搭接接头116。
主、副导轨130和132各有一个管部135A和135B，它们用于与外末端作用器104以滑动方式结合；还有用于与搭接接头116接触的各自的主、副接触平台136A及136B。管部分135A及135B分别用机械方式连接了各自的接触平台136A及136B。
接触平台136A和136B各有多个边缘138A-138F，它们每个朝着搭接接头116延伸。每个边缘138A-138F有一个螺纹孔140，孔140用来使此导轨以此孔与各自的一个导轨固定件134A-C对准。
真空系统
如图5所示，接触平台136A和136B包括一具有一组真空发生器144A-144F的真空系统。图6是用于立接触平台136A的真空发生器144A-144C的示意图，其中的每一个真空发生器144A-144C最好各自具有一真空泵146A-146C，一真空计148A-148C及一个真空开关150A-150C。真空发生器144A-144C优选为PIABTM发生器(零件号X10)，每个真空发生器144A-144C与相应的装有橡胶垫的真空垫152A-152C有气动连接。如图6所示，它们位于与构成搭接接头116的壁板110相邻的接触平台136A的一侧。副接触平台136B有相同的真空泵146D-146F、真空计148D-148F、真空开关150D-150F以及真空垫152D-152F。
管部135A和135B是中空的，并具有加压至90-100psi的空气流。通过没示出的空气开关，管部135A和135B将空气分别传送至主副接触平台136A和136B的真空发生器144A-144C及144D-144F。由管部135A和135B提供的正空气压力在一个或多个真空发生器144A-144F的小孔喷射喷嘴(未示出)中膨胀，将压力能和热能转变为运动能。使此压缩空气喷射流迅速地加速，而空气的压力温度则降低，从而产生高真空流，由此而在真空泵146A-146F的抽吸侧产生真空。主、副导轨130和132以相同方式连接和运行，其中的真空发生器144A-144F在相应的真空垫152A-152F中产生真空。真空垫彼此隔绝，因此即使其中的一个真空垫152A-152F失效，也不会对其余的真空垫中的真空产生影响。
如图6所示，真空发生器144A-144F中的每一个均包括一气动逻辑回路，此回路包括三个与门154A-154C及三个真空开关150A-150C。逻辑回路校验证实真空已被一个特定的真空发生器产生。当真空垫152A-152F已达到一个可接受的真空度时，此气动逻辑回路就产生并传送一个真空讯号给下一个真空发生器144。每个逻辑回路与运算(“AND′S”)前一真空讯号和当前真空讯号，并将之送到下一个真空发生器144。此过程重复进行到全部导轨均被检验过为止。然后将一结果讯号送至控制用的CPU 398，由此而产生一个警告指示或使紧急停止系统关断。
由真空发生器144A-144F施加的真空必须足以将支承着外部末端作用器104的外导轨102连接于搭接接头116，其情况如图5所示。对构成搭接接头116的壁板110的连接力必须使该外导轨102在固紧作业间足以将高达700Ibs的外端操作器104产生的力传递到壁板110。
真空系统应使此外导轨102无需支承夹具就完全支承在构成此搭接接头116的壁板110上。这样就可以允许装置100被送到被加工的任何构件上，即使一个接头正处于不可能容纳夹具或大型自动化机械的不方便区域时也能做到。而且，由于外导轨102是靠真空连接于搭接接头116的，故外导轨102就能紧随构成此接头的壁板的外形，使外部末端作用器相对壁板保持垂直。此外，由于真空垫152A-152F是用橡胶或氯丁橡胶制的，故在紧固作业期间不会损伤壁板。
可运动导轨固定件134A-134C的每一个均有一个用于各定位指示销120之一的键122结合的接受座156A-156C。一旦接受座156A-156C与键122连接，轨道固定件134就可沿X-Y座标相对该搭接头116定位安置。如图5所示，与导轨固定件134A-134C一样，导轨固定件134B具有两个手动紧固螺栓158A及138B，两螺栓分别拧入主、副轨道130、132的各自边缘138B、138E的螺纹孔140中。螺栓158A、158B将主、副轨道130、132沿x轴线正确定位。一旦另一个轨道的相应螺栓被拧入它们各自的边缘中，主、副轨道130和132也就被沿y轴线方向对准。
外导轨102设计方案允许其利用座标孔142作为基准点、被构成搭接接头116的壁板110完全支承。导轨固定件134A-134C分别用定位指示销120的键122与各自的座标孔对准。之后，使导轨固定件134A-134C利用壁板110的一部分，即座标孔作为将外导轨102与该搭接接头116对准的唯一结构，被固定于主副导轨130和132。之后，施加真空，从而使外导轨102和外部末端作用器104全部被构成搭接接头116的壁板所支承。
外部末端作用器子部件
如图8A-8E所示，外部末端作用器子部件104包括一用于使外部末端作用器104升高并使之与外导轨102以滑动方式结合的外部末端作用器结合组件。外部末端作用器104还具有用于使如钻头、紧固件一类的模件化构件相对定位指示销120定位的外侧工具定位组件。此外侧工具定位组件包括一个外部位置检测子组件，子组件用来检测定位指示销120及检测外部末端作用器104从该最终瞄准位置移动过的距离。外侧工具定位组件还包括一个用于使外部末端作用器104在外导轨102上沿x-轴线移动的外部末端作用器驱动子部件，以及一个压力支座子部件236。此子部件236用来将进行紧固作业的搭接接头区域压紧。此外，外部末端作用器104还包括一模件运动子部件250，子部件250用来使一钻孔/钻沉头孔模件和铆钉/紧固件送进模件安置定位。
外部末端作用器结合组件
如图8A-8D所示，外部末端作用器结合组件有一个主手柄200，一个副手柄202，它们由操作者使用，以便将外部末端作用器104提升进入主、副导轨130和132。
外部末端作用器结合组件还包括一个主抓爪支承结构204及副抓爪支承结构206，其情况如图8D所示，它们用于使外部末端作用器104安装在沿外导轨102的长度方向，即x轴线方向的任何位置处安置或拆除。如图8D所示，主支承结构204的主枢转臂208可在主导轨130上被一主气缸212打开或闭合。如图8C所示，以同样方式，副支承结构206的副枢转臂210，在副导轨132上可被副气缸214打开或闭合。
在一优选实施例中，主、副枢转臂208和210可以被锁紧闭合，以便在失去空气压力的状况出现时防止外部末端作用器104从外导轨102上掉落。这是通过使用一未示出的锁紧气缸使一未示出的工具销分别穿过主、副枢转臂208和210及外部末端作用器104的主体216来实现的。工具销使枢转臂在失压时不能打开。一个置于此主体216上的任选的按钮(未示出)允许操作人员任意操作该锁紧气缸。
外部末端作用器工具定位组件：
外部位置检测子部件：
如图8A所示，外部位置检测子部件包括一瞄准传感器218及最终位置编码器220。
如图8A所示，瞄准传感器218最好是一种邻近式传感器，按CPU398的请求检测被对准的选定的一定位指示销120的键122内的间隙125，然后重新确立根据检测到的该邻近定位指示销建立的x-y座标系统，亦即是使此座标系统归零。在对飞机机身上操作时，控制系统114最好是请求瞄准传感器218在机身上的每一分段按机身上的一个定位指示销120定位，机身上的每一分段均是由飞机机身的两个隔框确定的。通过在每一分段归零。使由紧固产生的材料膨胀或温度变化产生的不准确性被明显减小。通过周期性地重新校准外部末端作用器104基于形成支持它的搭接接头116的壁板110的相同结构的对准，使外端操作器104维持高的定位精度。
如图8A和8B所示，最终外部位置编码器220包括一组第一轮222A-222C，轮222A-222C在主导轨130上方和下方结合。当外部末端作用器104相对主导轨130运动时，第一轮222A-222C就运动。外编码器220在闭环系统中运行，将外部末端作用器104的相对最终对准位置的位置报告给控制系统104。
外部末端作用器驱动子部件
如图8C和8D所示，外部末端作用器驱动子部件用于使外部末端作用器104沿外导轨102的x轴线方向运动，它包括一个第一摩擦驱动轮224，一个用于将第一摩擦驱动轮224连接于主导轨130的第一摩擦气缸226。第一摩擦驱动轮224被一个使外部末端作用器104沿x轴线运动的x轴线伺服马达228转动。由于第一摩擦驱动轮224没有齿轮或齿，故在外部末端作用器104沿x轴线运动遇到障碍时，第一摩擦驱动轮122不会损伤搭接接头116或小型铆接装置100。不烧损马达或“咬伤”构件，只是在原位转动、不引起任何伤损。外编码器220将外部末端作用器104的位置报告给控制系统114，控制系统则在到达一预定位置时使x轴线伺服马达228停止运行。
压力座子部件：
如图8C-8E及图9A、9B所示，压力座子部件230将夹紧力施加于在紧固和钻削作业中进行支承的搭接接头116的一个相对小面积区域。
如图9A所示，压力座子部件230包括一个具有其大小允许钻头、沉头孔钻头或紧固机构通过的孔口234的孔口压板232。压板232被压向搭接接头116的相对小面积的区域，从而在待钻削或紧固的区域周围施加压力。孔口压板推荐用至少为RC65的淬硬钢制作，并且被抛光至16Rhr或更光，以免在压紧期间划伤壁板110。
压力座230还有一如图8E、9B所示的U型架236。此架236的下臂238被连接于孔口压板232。一中间连杆242以柔性方式连接于上臂240的一端部及下臂238的一端部。中间连杆242还包括一个具体地与压紧气动气缸246连接的接头244。在气缸246伸展延长时，中间连杆242及U形架236就伸长，将压力施加于外部末端作用器104及接头116之间。
如图9B所示，一个传感器248能够检测施加于该搭接接头116的高达700磅的压紧力。压力座230最好能通过孔口压板232提供一种以人工方式可调整的压紧力，其调整范围为100-500磅。就获得最佳效果来说，应施加300磅的压紧力。而且在优选实施例中，钻削前压板232的保持压力时间在1至20秒之间。
通过在钻削期间施加一压紧力于一确定区域内，就不会在壁板110间出现毛刺。如果内部有毛刺出现并被保留下来的话，那会明显地缩减壁板110疲劳寿命；而且不会有切屑落入搭接接头116的板件110之间。因此板件110无需拆卸、填充/去毛刺、清洗密封和重新组装，而这些都是现有技术均需要作的。免除这些步骤明显地节省了时间和降低了成本。而且使用这种安装在待装配的构件/壁板110上的压紧机构是一种极好的措施，可允许一种更具灵活性的压紧机构。
如图8E所示，压力座子部件230借助压紧气动马达248和压紧滚珠丝杠250，可被沿搭接接头116的宽度、顺着y轴方向从一行铆钉移向另一行铆钉，子部件230的位置被一种LVDT位置检测机构251测量，机构251如图9A所示那样被连接于压力座230。控制系统114读取LVDT装置251发出的讯号来核实孔口压板232的位置。如果孔口压板232不在预定位置上，未示出的一个空气阀就起作用使气动马达248起动，马达248就将孔口压板232送至正确的位置。
如图8C-8E所示，外部末端作用器104使用模件运动子部件250来使钻头/沉头孔钻头模件252或铆钉驱动/紧固件送进模件254的机械中心线与孔口压板232的孔口234对准，及与被紧固的接头116部分即区域对准。
模件运动子部件250包括外模件滑架256，滑架256的可滑动方式沿直线轴承258与外部末端作用器104的主体216结合。一个模件伺服马达260使钻孔/钻沉头孔模件252和铆钉驱动/紧固件送进模件254从模件252被对准和运行的一个位置移动到模件260对准运行的位置，沿着所选定的一铆钉列从一行运动到另一行。
如图8A-8E所示，钻削/钻沉孔模件252通过钻削和钻沉孔于一个位置上而在搭接接头116上制备一个铆接紧固件用的位置。钻削模件252包括气动的钻削组件262，此组件可以互换。钻削组件262可以通过将其从一个沿水平方向相对模件移动子部件250的外架256固定、但沿垂直方向可滑动的钻卡头264中卸下，从而可以被换上不同尺寸的组件262。如图8A所示，通过拧松快速松开钻头旋钮266，可将钻削组件262从钻卡头264中拆下。
如图8C和8E所示，钻削组件262使整体钻头/沉孔钻268旋转。整体的钻头和沉孔钻头268通过插入一次沉钻销组件262，就可以在搭接接头116上同时钻出一个钻孔及一个沉孔。
钻削/钻沉孔模件252还包括第一、二气动插钻头气缸270和272。气缸270和272分别与模件运动组件250的外滑架256及用于使钻削组件262沿垂直于搭接接头116的z轴线运动的钻夹头264连接。钻削模件252包括一个用于限止整体钻头和沉孔钻头268进入搭接接头116的运动的止档274，从而提供所期望的沉孔孔深。止挡274也起一种事故安全器的作用，用来阻止钻头和沉孔钻头268过份地深入搭接接头116。如图8A和8C所示一种波音润滑油杯(Boelube reserori)275在钻削期间提供润滑剂，以便改善孔的质量及延长钻头和沉孔钻头268的使用寿命。
如图8A-8E所示，铆钉驱动/紧固件送进模件254将铆钉/紧固件装入由钻削模件252钻出的孔中，然后将该铆钉以一种确保高精确度的方式铆入该孔中，以便避免重复加工。
铆接模件254包括一个气动的，可更换的铆接组件276。铆接组件276可以用不同的铆接组件来替换，从而使铆接模件254可接纳不同的紧固件要求。铆接组件的可互换性通过将铆接组件276从一铆接夹头278中卸下，然后用一个新的来替代它来实现。夹头278相对模件移动部件250的外滑架256，沿垂直方向可滑动但沿水平方向被固定。通过如图8A所示那样，分别拧松第一、二快速松开铆接钮280A和280B，就可以将铆接组件276从铆接卡头278上卸下。
铆接模件254还包括第一、二气动铆接柱塞282、284，柱塞282、284如图8D所示，它们被分别连接于铆接卡头278及外滑架252的气缸部分279，用于使铆接组件276沿z轴方向移动。铆接组件276驱动用于冲击铆钉头的未示出的一个铆钉铆接头，使铆钉变形、镦粗。第一、二铆接柱塞282和284将铆钉铆接头正对着待被镦粗的铆钉的头。
铆接模件254还包括一个紧固件供应机构。如图14所示，多个铆钉由一个震动斗286分类和排列，并通过送进管288A,288B以气动方式(靠空气压力)送至铆接模件254。
如图8E,10A及10B所示，由铆钉送进管288A,288B传送的铆钉被送至一组紧固件送进销290。铆钉送进销290是气动的，用来在铆钉插入待紧固的孔中时支持铆钉。
如图10A及10B所示，送进销290包括一圆形结构291，圆形结构291有一内孔，四个销292A-292D分别被接于该内孔的四侧。送进销290通过各自的气动铆接柱塞282,284使铆钉下降进入准备被紧固的孔中。
外端操作器104还包括多个电气和气动界面。例如如图8D和8E所示，多个气动和电气连接件被置于底部连接器294上。气动底部连接器294将空气供入上述的气缸、气动铆接和钻削组件。底部连接器294的电气部分将电力提供到上述的伺服马达，而且通过电气箱296进行分配，其情况示出于图8A中。底部连接器最好能被快速拆下，以便使外端操作器104能容易地被移动、维修和安装。
如图11所示，内导轨106被定位安置在搭接接头116的内表面上。在对形成搭接接头116的板件110进行作业期间，内导轨106支承内末端作用器108及传递由内末端作用器108所产生的力。
内导轨106包括上导轨300及下导轨302。每个上、下导轨300和302各有上、下管部304A，304B，它们用于以可滑动方式与内末端作用器108连接。上、下导轨300和302还具有上、下杆部306A和306B各一个，这些杆部各以机械方式连接于各自的管部304A和304B。上、下杆部306A和306B如图11所示，分别被连接于各自的一组上、下连接支架308A-308C及310A-310C。
如图11所示，上导轨300由上连接支架308A-308C通过将支架308A-308C钩连于事先被连接于构成搭接接头116的板件110内表面上的突部上而被悬起。下导轨302也以相似的方式连接在连接支架310A-310C上。在一实施例中，如图11所示，本铆接装置被使用于一飞机机身分段内，在机身内的突部包括多个桁条311，桁条311以一定间隔沿壁板110的内表面水平地定位安置，并且与多个隔框312相交在机身部分中确定隔舱段。
连接支架308A-308C及310A-310C被钩连在桁条T形部之后，且邻近一隔框件312。如图11所示，连接支架308A-308C和310A-310C各被用圆板314A-314F和315A-315F压紧于桁条311，这些圆板与桁条311的一个面及各自的钩316A-316F及317A-317F连接，这些钩被伸延到桁条311T型部分之后。各个杆318A-318F及319A-319F将圆板314A-314F、315A-315F及钩316A-316F、317A-317F拽在一起，用以将上、下导轨300和302锁定在它们各自的桁条311上。
连接支架308A-308C及310A-310C如图11所示，将内导轨106连接于构成搭接接头116的壁板110或机身的内表面。在本实施例中，桁条311和隔框件312是通过座标孔被对准的。因此，内导轨106将从被连接于壁板蒙皮层的自行对准的突起部中获得好处，而且还可以无需外部的支承就可以与该搭接接头116对准。
在一个替换实施例中，连接支架308A-308C及310A-310C的长度可以根据对于壁板110内表面上的不规则凸部允许连接的连接长度进行变更和调整。假如该内表面无凸部，那末上述的真空发生器及真空垫就可以用来代替支架308A-308C及310A-310C。
内导轨106的本方案可允许一末端作用器被安装在一机身内部或它的有限区域中，这些区域一般不能支承完成上述同样任务所要的夹具或大机构。
内末端作用器
如图12A,12B所示，内末端作用器108包括一内末端作用器连接部件，它用于使内末端作用器108沿内导轨106滑动；一内侧工具定位安置部件，它用于使顶杆模件相对插入搭接接头116的定位指示销120沿平行于内导轨106的x′轴线精确地定位；及一可转动架部件，它用于使顶杆模件相对该定位指示销120沿垂直于内导轨106的y轴线运动。
连接部件
本内末端作用器连接部件如图12A,12B所示，具有四个内标准支承320A-320D。内末端作用器108通过将内导轨106用螺纹连接在由标准支承320A-320D确定的区域而被固定在内导轨106的外端部。由于用此种方式将内末端作用器108锁定在内导轨106上，使内末端作用器108有事故保险功能，而且比用气缸锁定位置的部件在重量方面要小得多。
工具定位部件：
工具定位部件包括一内位置检测子部件及一内末端作用器驱动子部件336。
内位置检测子部件
如图12B所示，内位置检测子部件包括一内对准传感器322，此传感器322具有第一、二氦-氖激光器324A和324B及其各自的第一、二电荷耦合器件(CCDS)326A及326B。第一、二激光器324A,324B面朝着定位指示销120的反射四方块128，其激光束与反射四方128的短边平行，激光束间的距离刚好是此短边的宽度，大约为1-5mm，最好为3mm。因此，随着内末端作用器沿搭接接头116长度方向运动，在第一、二CCD′S326A和326B同时读取各自从反射四方128反射的激光束测量值时，内末端作用器108就被对准由搭接接头116内表面确定的x′-y′座标系统上的归零位置。最好由控制系统114确定该内末端作用器108是否已经被对准。
如图12B所示，内位置检测子部件还包括一内最终位置编码器328，传感器328检测内末端作用器108沿着内导轨106、从由定位指示销120确定的最终测量位置起已移动过的距离Δx′。
如图12A和12B所示，内编码器238有一两轮检测器330，检测器330相对上导轨130运动，其转动的转数因而也就是通过的距离被用讯号报告给控制系统114，并用来确定内末端作用器108的位置。如图12A和12B所示，两轮检测器330用一检测气动气缸332与上导轨300连接，在气缸被驱动时，它使臂334转动，从而使两轮检测器330运动向上导轨300靠贴。
内末端作用器驱动子部件
如图12A所示，内末端作用器驱动子部件336使内末端作用器108沿内导轨106运动。子部件336包括一个由x′轴线伺服马达340驱动的内摩擦驱动轮138。使用内摩擦驱动轮138消除了使用齿轮或齿时遇到的问题，如果内末端作用器108遇到障碍，该驱动轮338就会被直接在原位转动，既不会损伤内末端作用器108，也不会损伤内导轨106。
内摩擦驱动轮338通过一第二驱动气动气缸342与上导轨300连接。在气缸342被起动时，它就转动一驱动臂344，从而使内摩擦驱动轮338朝上导轨300运动。
回转架部件
如图12B所示，外末端作用器108的回转架使左(LH)、右(RH)顶杆350和352分别相对内隔框354及上、下导轨300和302转动。
顶杆模件
如图12A,12B所示，回转架部件包括左(LH)顶杆模件356及右(RH)顶杆模件358。
如图12A所示，左、右顶杆各自包括左、右快速松开钮360A和360B，使两顶杆可被容易地更换，顶杆具有适合于特定任务的不同形状，尺寸和材料的冲击模。由于采用了这种方案，顶杆可以容易地在运行中被更换。
此外，左、右顶杆模件356和358分别包括一个左、右伸/缩缸362A和362B。左、右缸362A和362B是气动的，它们分别使左、右顶杆350和352沿垂直于搭接接头116的z′轴线、在壁板内表面110上运动。
突伸传感器
如图12A、12B及图13A-13C所示，左、右顶杆模件356和358还分别具有左、右突伸传感器364A和364B，它们用来检测铆钉372的杆部从搭接接头116内表面上突伸的长度。
左、右顶杆模件356和358分别使左、右顶杆350和352沿着z′轴线运动到三个基本位置。在第一位置上，左、右顶杆350和352各自完全缩回，从而与连接在壁板110内表面上的阻碍部分充分脱开，以便能使内末端作用器108自由运动。在如图13A所示的第二位置上，顶杆350-352中之一在钻削期间和之前，被正对着待紧固区域压向壁板110的内表面。在此操作期间，突伸传感器364A、364B测量离固定传感器构件368A和368B间的距离(d1)。在第三位置上，顶杆350和352中之一被正对着插入用作搭接接头116紧固位置的新钻出的孔中的铆钉372的杆部366运动。这时，突伸传感器364A测量离开固定传感器构件368A的距离(d2)。将两值(d1)和(d2)送入控制系统114，控制系统114处理这些值，以便确定从该内表上突伸出的杆部366的长度。将杆部366的突伸长度与铆钉长度的预定值(tablevalue)进行比较，以便确定是否有正确的铆钉被安装在该孔内，如果已装上了，那末则确定，该铆钉是否在允差范围内。
如图13C所示，左突伸传感器364A随着尾部被变形成为纽扣形物370，不断地测量尾部的长度(d3)。在一优选实施例中，来自左突伸传感器364A的讯号由控制系统114处理，以便确定一个合适大小的纽扣状物370已形成(即使d3等于被预定的合适的纽扣状物的尺寸)的时间，并立即使铆接组件276停止镦粗铆钉。这种反馈系统确保每一次紧固作业有合适尺寸和安装的铆钉。
如图13A-13C所示，右顶杆模件358和右突伸传感器364B以与左顶杆模件356和左突伸传感器364A同样的方式运行。
左右顶杆模件356和358各自夹持定位左、右顶杆350和352。左、右顶杆模件356和358如图13A至13C及14A所示，各自均能夹持和定位一直顶杆371。直顶杆371可以与左、右顶杆350和352互换。如图13B所示，当内末端作用器108E在镦粗铆钉372那样的一铆钉时，它并不被桁条311的T型部分374阻碍。直顶杆371有一个具有第一间隙376的模，间隙376用于容纳钻削作业中的钻头，第一间隙376与钻头间对准可以延长钻头和沉头孔钻268以及直顶杆371的使用寿命。
为了解决紧固突伸出的如图13A中所示出的带头部铆钉378那类的铆钉的问题，左、右顶杆模件356和358分别使各自的左、右顶杆350和352转到桁条311的T型部分374的后面，其情形如图14d所示。左、右顶杆350和352每个均包括一左、右铝臂380A,380B及左、右L形冲击模382A,382B，其情况如图12B,14B和14C所示。冲击模382A和382B的左、右L形状允许这些模滑移到障碍物如桁条311的T形部分374的后面。冲击模382A和382B内可以有双偏心组合，其中的一个偏心用来到达隔框后面，另一个偏心可用于放在桁条311后面。
传统的冲击模是由钢制造的。但是，如果本L形模用钢来制作，用这些模来形成的铆钉有被敲弯的(亦即clubfoot)纽扣状物。而且，为了镦粗铆钉要求异常长的铆接时间。为了解决这些问题，曾经确定，如图12B所示那样在铆接作业期间，冲击模382A和382B的薄部384A和384B振动到一个不可接受的量值。在这种问题被发现后，利用有限元(件)分析、资料积聚观察及结构变化做出了几个解决方案。其结果是决定要采用一种密度为14.3-14.5克/cm3的材料。而且该材料还得有抗压强度65000磅/英寸2，最小横向断裂强度为420000磅/英寸2，硬度为RC 72-74。因此L形冲击模382A和382B推荐用炭化物公司(Carbide Corpration)的碳化钨TM(TungstenCarbldeTM)来制作，此碳化钨满足上述要求。特别推荐用等级为CD337或ISO-code G-20或C-code C-11的碳化钨TM来做左、右冲击模382A及382B。碳化钨TM的密度是钢的2倍，并有差不多为钢2倍的强度，通过分别采用碳化钨TM作为制作左、右冲击模382A和382B的材料，敲弯问题被解决，而且铆接时间亦被缩减至正常范围。这种材料可以用来改善铆接工艺，在铆钉变形期间，包括人力操作在内的任何时候，一个模具都必须经受扭力矩或其它力矩引起的变形。
回转架子部件
内末端作用器108的回转架部件包括一用于使左、右顶杆350和352在α-x轴上分别转动的回转架子部件。回转架环绕z′轴线转动。左、右顶杆350和352被转动和伸长，从而使L型冲击模382A和382B如图14D所示的桁条310那样分别被安置在障碍物和铆钉366之间。在运行中，回转架子部件的转动通过使左、右顶杆350和352在a-x轴上转动，将铆钉冲击模382A和382B运动到一预先预定的位置x′y′。
如图12B所示，回转架子部件包括一允许左、右顶杆模件356和358相对内架354转动的转架轴承386。模件356和358被安装在一回转支承388上，此回转支承的转动是由如图12A所示的那种回转伺服马达390驱动的。
回转支承388因而也就是左、右顶杆350和352的转动是由如图12B中所示的一回转编码器392检测，并被报告给控制系统114。当被选定的顶杆350和352中之一已到达其预定位置时，CPU就关断回转伺服马达390，之后进行钻孔或紧固作业。
内末端作用器108具有多个气动、电气连接器394。这些连接器最好是可快速拆卸的，以便容易地进行内末端作用器108的安装和折卸。
控制系统车
如图15所示，小型铆接装置100包括控制系统车112。车112有一个用于供应紧固件的振动斗286，以及控制系统114，系统114包括一CPU398及一显示屏400。控制系统车112还包括动力电源402及空气/气动源404。车112被设计得可将内、外部末端作用器108和104以小的力量送到加工区域，并可用操作者的极小力量进行操作。车112可进行紧固搭接头头116所需要的全部作业，甚至还包括在小型铆接装置100被置入飞机机身之前的检查/校核。
运行
在第一实施例中，小型铆接系统100用来将二个构成一搭接接头116的搭接蒙皮壁板110紧固。一开始，将每个板件110清洗，然后将板件110的搭接表面用密封剂处理。之后，将构成搭接接头116的板件110用cleco紧固件，在至少两个位置处利用座标孔作为对准机构临时固紧在一起。此壁板110也可以被临时紧固于别的壁板，以便形成临时紧固在一起的机身部件的一部分。
一旦一机身已搭放在一起，操作者将定位指示销120插入至少3个座标孔中，使键部122定位安置得从搭接接头116外表面突伸出来，使反射头126被定位安置得从搭接接头116的内表面突伸出来。接着安置对准外导轨102，使三个导轨固定件134A-134C被定位安置得与该定位指示销120对准。一旦已正确地对准，就通过主、副导轨130和132的管部135A和135B将气动压力施加于真空发生器144A-144F，在壁板110与导轨之间产生真空，从而使它们夹持在被定位的位置。之后利用主、副手柄200和202将外部末端作用器104抬升到与外导轨102结合。第一、二蛤壳状支承系统204和206就通过起动主、副气动气缸212和214来闭合，从而使外部末端作用器104与外导轨102进行滑动连接。
通过将上、下连接架308A-308C和310A-310C定位安置在机身内的隔框附近，并钩连在被连接于构成此搭接接头116的壁板110的每一个上的平行桁条的T形部分后面，使内导轨106被安装在构成此搭接接头116的壁板的内表面上。之后，通过紧固与钩316A-316F及317A-317F配合作用的杆318A-F及319A-F，使上、下连接架308A-308C和310A-310C被安置就位。这个步骤大体上确保内导轨106被正确地对准在此搭接接头116内表面上的x′和y′轴线。
一旦内导轨106已被正确地安装和大体上对准，就使内末端作用器108滑至内导轨106的端部，然后就利用定位指示销的基准四方部128正确地对准第一个定位指示销120。之后，使外端操作器104对准第一个定位指示销120的键122的槽缝125，由此而独立地使内、外操作机构108和104两者对准。
小型铆接装置100被用来钻孔，钻沉孔，然后在该搭接接头116上铆多列铆钉，其中的每一列均由三行铆钉组成。一开始，使外部末端作用器104从其对准的位置或其最近获知的位置开始被起动着沿x轴线移动一段距离，根据移动的此距离选择铆钉列次序。接着，使压力座子部件230沿y轴线移动到待被固紧的中间行，之后被压向此搭接接头116，所施压力在100到500磅之间。使内末端作用器108沿其x′轴移动相等的距离，从而到达与外部末端作用器104成镜面对称的位置。之后，使左、右或直顶杆350、352或371中之一伸出并转动到x′和y位置，从而使之与外部末端作用器104的孔口压板237的位置成镜面对称。并且使该顶杆的第一间隙部分376沿z′轴线被定位安置得与z轴线匹配，从而确定机器轴线(钻削组件262将会沿此机器轴线运行)，然后，通过此顶杆将100-500磅的压力施加于此搭接接头116的内表面。
使夹持钻削/沉头孔钻削模件252及铆钉/紧固件送进模件254的外滑架256被动，以便沿y轴线使钻头和沉头孔钻头268对准。接着起动钻削模件256使之沿z轴移动到在搭接接头116内被制出具有正确尺雨的孔及沉头孔为止。在钻头缩回后，外滑架256移动铆钉/紧固件送进模件254，使其沿y轴线进入与新钻出的孔对准的位置。紧固件送进模件254将一个选出的铆钉送入铆接送进紧固销有292A-292D。之后，内末端作用器108返回顶杆，而在这同时，紧固件销292A-D将选定的铆钉装入新钻出的该孔中。之后，就将铆接模件254的驱动器正对着该铆钉头安置，顶杆则被朝着内表面运动到它与该铆钉的尾部接触为止。铆钉被气动铆接组件276的驱动器头维持在原位。之后，此铆钉就被来自铆接组件276之驱动器头的多个气动脉冲镦粗，直至铆钉获得正确的形态。
铆钉突伸传感器364A、364B之一将铆钉柱身长度与所期望的铆钉长度比较，以便确保在允许进行驱动程序之前装上合适的铆钉，并且测量尾部的变形，以便确保一形成所期望的纽扣形状，就立即停止铆接过程。之后，顶杆和压力座子部件230就被松开，然后进入到新的一行。这一过程一再重复，直到此列内的三行中的每一行均已被钻孔、钻沉头孔及被铆接为止。之后，内、外部末端作用器108、104就被分别沿x′、x轴线移动，使之沿新的一列各自被定位安置。这一过程一再重复，直到整个搭接接头116已被正确地紧固为止。
上述的过程可被用于一组同时被用在一个飞机机身的不同区段上的小型铆接装置。在本实施例中，一套操作器可通过在一第一装置正在对一搭接头进行作业的同时，对第二装置进行调定来操作两个或多个装置。用这种方式能够在不增人力的情况下使生产率大大提高。
图16示出一系列由控制系统114的CPU398协调的程序指令，用来在定位、钻削和紧固作业期间指挥小型铆接装置100。按照图16至18的流程图指示，该领域内的普通技术人员可编写程序。
参看图16，由CPU398操纵控制的主程序500中，通过一个要求的数据输入在步骤502起动，它包括在该搭接接头116的特定行、列上的紧固件的x、y和x′、y′位置，以及紧固过程开始处的位置及待使用的紧固件数量。接着进入步骤504，在此步骤中CPU398确定下一个待被紧固的位置是否是中间行紧固件的位置。如果不是，CPU398就进行步骤506，发出一信号“首先要求中间行”并返回步骤502，在步骤502中，CPU398命令小型铆钉装置100移动到下一个指定的位置。如果CPU398在步骤504中确定所选定的铆钉位置就是中间紧固件位置，就进入步骤510。在510步骤中检查该位置的孔是否已钻削。如果孔已经钻好，CPU398就进入步骤512，之后发出信号“不要重复钻孔”，然后返回步骤502。但是如果孔并没有被钻削出来，CPU398就进入步骤514并检查是否已安装有合适的钻孔/钻沉孔模件和铆钉/紧固件送进模件。如果还没装，CPU398就进入步骤516，并开始一夹持回路及发出信号“装模件”。如果合适的模件已经装妥，CPU398就进入步骤518，并检查外部末端作用器104是否需要被对准。如果回答是，CPU398就进入步骤520，并指令外部末端作用器对准最靠近的定位指示销220。如果不要求此对准步骤，CPU398就进入步骤522，并在此起动钻孔子程序550。
在钻削子程序550的第一步骤552中，如图18所示，CPU398指令内、外部末端作用器108和104分别沿各自的x,x′轴移动到钻孔位置。然后进入步骤554，在此步骤中，CPU398使压力座模件230的孔口压板232沿y轴线移动，并同时使顶杆移动和转动到与孔口压板232到y′轴点的成镜面对称位置。然后进入步骤556，在此处，CPU398指令压力座部件230在指定延时内对搭接接头116施力，延时是否步骤558中选定的。然后CPU398就进入步骤560，在此步骤中使外模件滑架256移动，从而将钻孔/钻沉头孔模件268定位安置在沿该搭接接头116的轴线x、y的所要求的位置上。之后，CPU398进入步骤562，并指示对待钻孔区域施加波音润滑剂。之后，就进入步骤564,CPU398指示钻孔/钻沉头孔模件268沿y轴线移动到指定处，以便正确地钻孔及沉孔。然后CPU398就起动步骤566，并非强制性指令施加压缩空气，以便除去钻屑。接着CPU398就进入步骤568，在此步骤中指令检查孔。之后进入步骤570，在此步骤中，CPU398结束子程序550，然后返回主程序500。一旦钻孔子程序500被完成，CPU398就进入主程序500的步骤524，并起动紧固子程序600。
如图17所示，在紧固子程序600的第一步骤602,CPU398指令外模件滑架256使铆钉/紧固件送进模件254定位，使其与新钻出的孔对准。然后CPU398进入步骤624，并指令此紧固件送进模件将铆钉装入此部件的抓手组件292A-D。然后，CPU398就进入步骤626，并指令内末端作用器108松开顶杆，此顶杆正在将压力施加于接头116的内表面。然后进入步骤628,CPU398在此指令该顶杆返回正常位置，并指令紧固件送进抓手292A-D将铆钉装入新钻的孔中。然后就进入步骤630,CPU398在此指令铆钉突伸传感器测量从该接头116内表面突伸出的铆钉柱身长度。然后进入632步骤，CPU398在此步骤中将检测到的该尾部突伸长度与一选定铆钉允许的规定范围进行比较，以便确保只有合适的铆钉才被装入孔中。如果CPU398确定已有非合适种类的铆钉装入孔中或确定铆钉有异常尾部，它就进入步骤634，并发出信号然后终止下一步加工作业。但是，如确定铆钉有合适的种类和尺寸，CPU398就进入步骤636，然后指令气动铆接组件276开始铆该铆钉。之后CPU398就进入步骤638，在此步骤中，CPU398继续指令检测而且突伸传感器364A和364B继续工作，以便确定被变形尾部是否形成有特定高度的一合适纽扣状物。如果纽扣状物太大，CPU398就可以指令将铆接运行中止，直到合适的纽扣状物获得为止。如果在步骤640中检测后不能获得合适的纽扣状物高度，CPU398就进入步骤642，并发出信号使装置100停上。但是，如果CPU398已确定纽扣状物高度是在允许范围内，就将此子程序结束，并且返回主程序500的步骤524。
一旦完成紧固子程序600，控制系统114的CPU398就起动主程序500的步骤526，在此步骤中，CPU398就进行检测，弄清楚是否有另一个紧固作业要进行，或这是否是此搭接接头116上的最后一个紧固件。如果CPU398判定最后一个紧固件还没被安装，就进入步骤528，然后使小型铆接装置100移动下一个所期望的位置，并返回步骤502。但是，如果CPU398确定是在该搭接接头116上要进行的最后一个紧固件业，就进入步骤530并在显示屏上显示一个指令，将小型铆接装置从被加工过的机身区段上拆下。
小型铆接装置100易于安装、使用，只要求用少量人力和工时来安装和操作。而且本装置100还能进入在此之前钻孔和紧固机器不能进入的区域，其原因为装置100可以被它所要紧固的构件支承和对准，以及它的尺寸小。整个小型铆接装置100总重量最好不超过200磅，其中的端操作机构被设计成不超过40磅重，而导轨则更轻。小型铆接装置的尺寸是小的，它被设计得沿y,y′轴线方向的蒙皮尺寸不超过17英寸，沿z和z′轴方向的蒙皮尺寸不超过24英寸。这种使小而轻的端操作机构被相对着待装配构件支承和定位的设计概念也可以被使用于构件装配的许多其它场合。
除非是本说明书中已介绍的其它概念，以简图或框图形式示出的各种组成构件均是现有技术的，它们的初始结构及运行对制造或使用本发明并不是关键部分。
虽然借助特定实例已详细地介绍了本发明，但本领域的那些熟练人员会体会到，别的方案也可以用来实现已公开介绍过的本发明装置的目的。因此应该明白：不偏离本发明的基本内容和原则可作出已介绍过的实施例的各种等同物改型。因此，本发明的保护范围是由所附权利要求来限定的。

Claims (31)

1．一种用于将一第一板和第二板沿着搭接接头进行紧固作业的装置，所述装置包括：
利用座标孔与第一、二板对准的外导轨，座标孔也被用来代替夹具使第一、二板对准；
一沿所述外导轨、顺第一方向可运动的外部末端作用器，所述外部末端作用器维持着与第一二板构成的搭接接头的对准。
2．如权利要求1的所述装置，其特征在于，所述外部末端作用器包括多个外模件，每个外模件可沿第一、第二板顺垂直于所述第一方向的第二方向运动。
3．如权利要求1的所述装置，其特征在于，所述外导轨和外部末端作用器均由第一、二板支承。
4．如权利要求1的所述装置，其特征在于，还包括一内导轨，内导轨以可拆卸方式连接于至少一个突部，该突部永久性地连接于第一、二板两者之一上。
5．如权利要求4的所述装置，其特征在于，还有一内末端作用器，此机构还包括一个可环绕垂直于第一、二板两者的轴线转动的内模件。
6．一种重量小的便携式铆接装置，它可以被用在处于不能为重机器提供合适具体支承的环境中的构件上；此铆接装置包括：
完全由所述构件支承、且与构件突起对准、以提供非固定支承和对准的外导轨机构；
与外导轨机构以可滑动方式连接的外部末端作用器，以用于对构件钻孔，然后将一紧固件插入孔中。
7．一种用于钻削和紧固蒙皮搭接接头的便携式钻销和紧固装置，该搭接接头将飞机机身的两部分连接在一起，飞机机身具有桁条、隔框及利用座标孔对准的蒙皮，该装置具有：
一外导轨，它具有一段用在飞机机身上钻出的座标孔来与蒙皮搭接接头对准的长度；
一外部末端作用器，它有一第一驱动部件，用来使其沿所述外导轨的长度移动；
一被连接于至少一桁条的内导轨，桁条则被连接于飞机机身；
一内末端作用器，它具有使其移动到在飞机机身的相对侧上、与外部末端作用器位置对准的位置上的第二驱动部件。
8．如权利要求7的所述装置，其特征在于，所述蒙皮搭接接头包括从至少一个座标孔突伸出的定位指示销，座标孔被钻在飞机机身的蒙皮上。
9．如权利要求7的所述装置，其特征在于，所述外导轨完全被飞机机身支承而不用其它夹具。
10．如权利要求8的所述装置，其特征在于，所述外导轨包括一主支承导轨，一副支承导轨及一与主，副支承导轨连接的导轨固定件，所述导轨固定件有一个孔，其孔径允许以紧配合方式容纳从至少一个座标孔突伸出的定位指示销。
11．如权利要求8的所述装置，其特征在于，所述外部末端作用器有一工具定位部件，用来使第一驱动装置对准和精确移动，所述工具定位部件包括一传感器，以检测和对准从至少一个座标孔突伸出的定位指示销。
12．如权利要求7的所述装置，其特征在于，所述第一驱动装置包括一摩擦驱动轮，一X轴伺服马达用来驱动所述摩擦驱动轮。
13．如权利要求7的所述装置，其特征在于，所述外部末端作用器包括一钻具及一铆钉枪，所述钻具可与其他钻具互换，所述铆钉枪可与别的铆钉枪互换。
14．如权利要求10的所述装置，其特征在于，所述外导轨还具有：
多个被定位安置在主、副导轨一侧面上的真空密封件，该密封件面对飞机机身；
一个真空发生器，用来利用一普通压缩空气源在该密封件内产生真空。
15．如权利要求14的所述装置，其特征在于，所述主、副导轨还包括有用于分配所述压缩空气源的一空心管状部分。
16．如权利要求7的所述装置，其特征在于，所述外部末端作用器还包括用于将一特定压力施加于待紧固蒙皮搭接接头指定区域的压力座。
17．如权利要求16的所述装置，其特征在于，所述压力座包括一垂直行走移动部件，用于使压力座沿垂直于外导轨长度方向的一方向上移动。
18．如权利要求16的所述装置，其特征在于，所述压力座包括：
一构架，此构架有两端连接于一与搭接接头和外部末端作用器相接触的底座上；
有一具有中央接头并以柔性方式与该构架的两端连接的中间杆；
一气动气缸，它被连接到所述中间接头上，用于控制施加于外部末端作用器和搭接接头之间的压力。
19．如权利要求8的所述装置，其特征在于，所述内末端作用器包括一内位置检测器，它用来对准和精确地移动第二驱动部件，所述内位置检测器包括一个用来检测和对准反射四方部的二元激光系统，四方部被连接于从至少一个座标孔突伸出的定位指示销上。
20．如权利要求19的所述装置，其特征在于，所述二元激光系统被连接于内末端作用器，反射四方部的尺寸这样选定，以便使从二元激光系统发出的两激光束只有在内末端作用器处于一被对准位置时，才可以被反射四方部反射。
21．如权利要求7的所述装置，其特征在于，所述第二驱动部件包括一摩擦驱动轮、一个用于驱动所述摩擦驱动轮的X轴线伺服马达。
22．如权利要求7的所述装置，其特征在于，所述内末端作用器包括至少一个顶杆模件，用于使由外部末端作用器送入的一铆钉镦粗，或用来将压力施加于该搭接接头的内表面。
23．如权利要求22的所述装置，其特征在于，所述该顶杆模件有至少一个顶杆。
24．如权利要求23的所述装置，其特征在于，所述的至少一个顶杆包括一臂杆部分及一个模子。
25．如权利要求24的所述装置，其特征在于，所述顶杆的所述模子是弯头状的。
26．如权利要求24的所述装置，其特征在于，所述顶杆的所述模子包括碳化钨。
27．如权利要求23的所述装置，其特征在于，所述外部末端作用器包括回转架定位子部件，用来使至少一个顶杆环绕垂直于所述搭接接头的轴线转动。
28．如权利要求13的所述装置，其特征在于，所述内末端作用器包括一铆钉突伸传感器，它用来确定在铆接之前是否已在搭接接头内放入一合适的铆钉。
29．如权利要求28的所述装置，其特征在于，所述突伸传感器随着铆钉尾部被镦粗不断地测量所述尾部的长度，以便确保能获得适当成形的纽扣状物。
30．如权利要求29的所述装置，其特征在于，当适当成形的纽扣状物已被形成时，该铆钉枪就被停止。
31．如权利要求19所述装置，其特征在于，所述内位置检测器在每次遇到定位指示销时，就重新使内末端作用器对准。
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