DE60212170T2

DE60212170T2 - Herstellungssystem für flugzeugbauteile und andere grosse strukturen

Info

Publication number: DE60212170T2
Application number: DE60212170T
Authority: DE
Inventors: Laurance N. Seattle HAZLEHURST; Bobby C. Jr. Kent PHILPOTT; James N. Seattle BUTTRICK; Darell D. Mill Creek JONES; Kostandinos D. Southfield PAPANIKOLAOU; David P. Lake Stevens BANKS; Terrence J. Seattle ROWE; Ronald W. Shoreline OUTOUS; Charles H. Everett Glaisyer; Harry E. Seattle TOWNSEND; Mark C. Bellevue BOBERG; Paul E. University Place Nelson; John R. Lynnwood PORTER
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 2001-10-31
Filing date: 2002-10-28
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2022-10-29
Also published as: BR0213765A; US6979288B2; AU2002336677B2; US7770477B2; EP1671745A1; EP1671745B1; CA2613128A1; CA2643227A1; US20050153818A1; US7574933B2; US20060176156A1; EP1441878B1; WO2003037564A2; CA2464730C; DE60232030D1; US20090140038A1; CA2464730A1; JP4540344B2; JP4974999B2; JP2006502010A

Description

Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungssystem zur Herstellung großer Strukturen, wie zum Beispiel Flugzeugholmen, Planken, Flügelabschnitten, Rumpfabschnitten und dergleichen, und anderen großen Strukturen. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Herstellungssystem eines Typs mit nicht ortsfester Basis, welches entweder einen kontinuierlichen Arbeitsablauf oder getakteten Arbeitsablauf vorsieht und Maschinenfunktionseinheiten verwendet, welche in Eingriff mit dem Werkstück gebracht werden, wenn das Werkstück entlang seines Prozessablaufspfades wandert, und welche sich mit der Hilfe von Indexvorrichtungen, die an dem Werkstück angebracht sind, ausrichten, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie beispielsweise aus der US-A-6158666 bekannt.
Hintergrund der Erfindung
Große Strukturen, wie zum Beispiel die zuvor erwähnten, werden herkömmlich unter Verwendung großer ortsfestbasierter Maschinen, wie zum Beispiel Roboterbohrmaschinen und Nietmaschinen hergestellt. Einige der gut bekannten Nachteile der Verwendung derartiger Maschinen weisen die hohe Anfangskapitalinvestition zum Erwerben und Installieren der Anlage und große und teure Fundamente, welche sie benötigen, den erheblichen Zeitbedarf und die Mittel, welche zum Ausbilden der Arbeiter, wie die komplexen Maschinen zu bedienen sind, und zum Pflegen und Erhalten der Maschinen erforderlich sind, und den produktiven Nutzungsausfall der Maschinen während Abnahme, Qualifizierung und Wartung der Maschinen auf. Ferner eignen sich große ortsfestbasierte Maschinen nicht für einen kontinuierlichen Herstellungsablauf (Continuous Flow Manufacturing, CFM), welcher von den meisten führenden Herstellungs experten als das effizienteste Herstellungsverfahren betrachtet wird. Außerdem erfordert herkömmlich eine Herstellung von großen Strukturen, wie zum Beispiel Flugzeugstrukturen, eine modellspezifische Werkzeugausstattung, wie zum Beispiel Bodenbaugruppenvorrichtung (Floor Assembly Jigs, FAJs) und Gemcor-Kopfsysteme. Eine derartige modellspezifische Werkzeugausstattung stellt einen wesentlichen Anteil (zum Beispiel näherungsweise ein Drittel) der gesamten Kosten der Entwicklung eines neuen Flugzeuges dar.
Aufgrund von Nachteilen, wie zum Beispiel die zuvor erwähnten, sind alternative Herstellungsverfahren, welche einen oder mehrere dieser Nachteile vermeiden, wünschenswert. Vorzugsweise sollten die Verfahren geeignet sein, einen CFM-Prozess zu unterstützen und sollten eine Offline-Wartung und Qualifizierung einer Maschine unterstützen, während eine weitere Ersatzmaschine eine Produktion fortsetzt, und somit wird ein System, welches Maschinen mit nicht ortsfester Basis vorsieht, gebraucht. Obwohl diese Ziele wünschenswert sind, waren sie aus verschiedenen Gründen schwer zu erreichen, nicht zuletzt wegen der Schwierigkeit eines genauen Positionierens von Maschinen mit nicht ortsfester Basis relativ zu dem Werkstück. Systeme, wie zum Beispiel Laserpositionierer, können zur Positionierung von Maschinen relativ zu dem Werkstück verwendet werden, aber derartige Systeme sind sehr kompliziert und benötigen üblicherweise Einstellungen, welche spezifisch für das bestimmte Werkstück, welches hergestellt wird, sind, und sind häufig durch Sichtlinienberücksichtigungen beschränkt.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung behandelt die obigen Erfordernisse und erzielt weitere Vorteile durch Bereitstellen eines Herstellungssystems, welches Maschinen mit nicht ortsfester Basis vorsieht, welche sich mit einem Werkstück über ein Indexsystem verbinden, welches zusammen mit dem Werkstück in einem CFM- oder getakteten Herstellungsarbeitsablauf wandern kann, wobei das Indexsystem die Maschine relativ zu dem Werkstück durch physikalisches Ausrichten zu Indexvorrichtungen, welche entfernbar an dem Werkstück angebracht sind, genau anordnet. Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Herstellungssystem zur Herstellung eines Werkstücks ein Indexsystem, welches mehrere Indexvorrichtungen, welche entfernbar an dem Werkstück an bekannten in Längsrichtung beabstandeten Stellen daran entlang angebracht sind, und ein sich in Längsrichtung erstreckendes Indexteil, welches lösbar mit mindestens zwei der Indexvorrichtungen derart in Eingriff ist, dass eine Position und Ausrichtung des Indexteils ortsfest relativ zu dem Werkstück durch die Indexvorrichtungen sind, umfasst, wobei das Indexteil positionsanzeigende Merkmale daran entlang verteilt aufweist. Das Herstellungssystem umfasst ferner eine Maschinenfunktionseinheit, welche für eine Längsbewegung entlang dem Indexteil angebracht ist und zur Durchführung eines Arbeitsvorgangs ausgestaltet ist, wobei die Maschinenfunktionseinheit ausgestaltet ist, um die positionsanzeigenden Merkmale auf dem Indexteil zu erfassen und dadurch eine Position der Maschinenfunktionseinheit relativ zu dem Werkstück zu bestimmen.
Das Indexteil kann ein länglicher präzisionsgefertigter Träger oder Stab sein. Die positionsanzeigenden Merkmale entlang dem Indexteil können auf verschiedene Arten und Weisen be reitgestellt werden, einschließlich eines maschinenlesbaren Bandes oder Streifens, welches/welcher entlang dem Indexteil angebracht ist, aber ist nicht darauf beschränkt. Der Streifen kann optisch oder magnetisch mit positionsanzeigenden Informationen kodiert sein. Die Maschinenfunktionseinheit weist in diesem Fall einen Leser auf, welcher zum Lesen des kodierten Streifens geeignet ist und dadurch eine Position der Maschinenfunktionseinheit relativ zu dem Werkstück bestimmt.
Das Indexteil wird in einer bekannten Art und Weise relativ zu dem Werkstück durch in Eingriffbringen der Indexvorrichtungen, welche an dem Werkstück angebracht sind, angeordnet und ausgerichtet. Die Indexvorrichtungen umfassen in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung Stifte oder dergleichen, welche entfernbar in Löchern angebracht sind, die durch das Werkstück an bekannten Stellen ausgebildet sind. Vorzugsweise weist jede Indexvorrichtung einen Sensor daran angebracht oder darin eingebettet auf, wobei der Sensor in maschinenlesbarer Form ein Identifizierungszeichen aufweist, welches eindeutig für diese Indexvorrichtung ist. Somit weisen die verschiedenen Indexvorrichtungen, welche an dem Werkstück angebracht sind, alle unterschiedliche Identifizierungszeichen auf, und diese Identifizierungszeichen können mit unterschiedlichen Zonen des Werkstücks, welche unterschiedliche Verfahrensanforderungen aufweisen, in Beziehung gesetzt werden. Beispielsweise kann eine Steuerung des Herstellungssystems Herstellungsinformationen für jede Zone des Werkstücks, welche mit dem Identifizierungszeichen für diese Zone in Beziehung gesetzt ist, speichern und das Indexsystem kann einen Leser aufweisen, welcher mit der Indexvorrichtung, welche nahe dieser Zone liegt, zusammenarbeitet, und das in dem Sensor gespeicherte Identifizierungszeichen lesen. Die Steuerung kann dann das Identifizierungszeichen von dem Leser empfangen und die Verfahrensinformationen für die spezielle Werkstückzone heraussuchen. Die Verfahrensinformationen können beispielsweise Orte und Durchmesser von in dem Werkstück zu bohrenden Löchern, Orte und zusätzliche Teile, welche an dem Werkstück zu klemmen und zu befestigen sind, an dem Werkstück anzubringende Markierungen und Orte von derartigen Markierungen und/oder weitere Informationen aufweisen.
Die Indexvorrichtungen umfassen vorzugsweise Indexstifte, welche in Löchern installiert sind, die an vorbestimmten Stellen durch das Werkstück gebohrt sind. Die Indexstifte umfassen vorzugsweise zwei lösbare in Eingriff bringbare Abschnitte, welche sich von gegenüberliegenden Seiten des Werkstücks erstrecken, wenn sie in einem Loch darin installiert sind. Einer von beiden oder beide Abschnitte des Indexstiftes können einen darin installierten Sensor aufweisen. Wenn beispielsweise beide Seiten des Werkstücks bearbeitet werden müssen, ist es vorteilhaft, Indexstifte zu verwenden, welche Sensoren an beiden Abschnitten davon aufweisen; die zwei Sensoren können dabei getrennte Informationen zu Maschinenfunktionseinheiten, welche benachbart zu jeder Seite des Werkstücks angeordnet sind, übermitteln.
Die Maschinenfunktionseinheit, welche sich mit dem Indexteil in Eingriff befindet, kann von unterschiedlichen Arten sein, einschließlich einer Bohrvorrichtung mit oder ohne einem zugeordneten Haltemechanismus und mit oder ohne einer automatischen Bohrerwechselvorrichtung zum Wechseln eines Bohrwerkzeugs der Bohrvorrichtung, einer Markierungsvorrichtung zum Anbringen von Markierungen an dem Werkstück, einer Befestigungsmitteleinsetzvorrichtung zum Einsetzen von Befestigungsmitteln, wie zum Beispiel Bolzen oder Nieten, in Löcher, welche durch das Werkstück ausgebildet sind, einer Vorrichtung zum Untersuchen des Werkstücks und/oder anderer Vorrichtungen.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung weist die Maschinenfunktionseinheit oder ein Rahmen davon eine Antriebsvorrichtung auf, welche antreibend an das Indexteil ankoppelt, um die Maschinenfunktionseinheit entlang dem Indexteil zu bewegen. Als ein nicht beschränkendes Beispiel kann das Indexteil ein Getriebeelement, wie zum Beispiel eine Präzisionszahnstange, aufweisen, und die Maschinenfunktionseinheit kann eine Getriebeantriebsanordnung, wie zum Beispiel ein Zahnradgetriebe, aufweisen, welches antreibend in das Getriebeelement des Indexteils eingreift und von einem geeigneten Antriebsmotor, wie zum Beispiel einem Schrittmotor mit einem Kodierer oder dergleichen, angetrieben wird. Alternativ kann die Maschinenfunktionseinheit von einem Boden aus angetrieben werden, entlang welchem sie wandert.
Wie zuvor erwähnt, kann die Maschinenfunktionseinheit eine Halteanordnung zum Zusammenhalten von zu verbindenden Teilen des Werkstücks aufweisen. In derartigen Fällen kann die Halteanordnung einen Rahmen umfassen, welcher gegenüberliegende, jeweilig bewegliche Halteteile aufweist, welche die Teile dazwischen halten. Beispielsweise kann die Halteanordnung einen O-Rahmen an einem Bein beinhalten, an welchem eine Antriebsvorrichtung zum antreibenden Ankoppeln des Indexteils angebracht ist, um die Maschinenfunktionseinheit daran entlang anzutreiben. Die Halteanordnung kann auf einer Basis, welche auf einem Boden eines Gebäudes, in welchem das Herstellungssystem untergebracht ist, gelagert ist, angebracht sein und die Basis kann eine elastische Aufhängung derart aufweisen, dass die Basis in einer vertikal gleitenden Art und Weise auf dem Boden gelagert ist. Dementsprechend kann, sobald die Hal teanordnung das Werkstück hält, sie zusammen mit dem Werkstück getragen werden, wenn das Werkstück entlang seines Arbeitsablaufpfades, wie zum Beispiel in einem CFM-Verfahren, wandert.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann der O-Rahmen einen Abschnitt aufweisen, welcher beweglich zwischen einer geschlossenen Position und einer offenen Position ist. In der geschlossenen Position des beweglichen Rahmenabschnitts umgeben der bewegliche Rahmenabschnitt und der Rest des Rahmens das Werkstück. In der offenen Position des beweglichen Rahmenabschnitts ist eine Öffnung in dem Rahmen definiert, durch welche das Werkstück verlaufen kann. Somit kann der Rahmen mit dem Werkstück an einer beliebigen Position daran entlang gekoppelt oder entkoppelt sein, im Gegensatz zu früheren O-Rahmenmaschinen, welche zu dem einen oder dem anderen Ende des Werkstücks bewegt werden mussten, um an das Werkstück anzukoppeln oder abzukoppeln. Der bewegliche Abschnitt des Rahmens kann einen Fallturm umfassen, welcher zwischen einer im Wesentlichen vertikalen Position und einer im Wesentlichen horizontalen Position beweglich ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das Indexsystem ein Indexhaltesystem zum Halten des Indexteils auf, wobei das Indexhaltesystem geeignet ist, eine relative Bewegung zwischen dem Indexteil und dem Werkstück vor dem Ankoppeln der Indexvorrichtungen, welche in dem Werkstück installiert sind, zu ermöglichen, wobei das Indexhaltesystem geeignet ist, zu arretieren, nachdem das Indexsystem an die Indexvorrichtungen angekoppelt ist, um das Indexteil relativ zu dem Werkstück unbeweglich zu machen. Das Herstellungssystem kann ferner ein Materialhandhabungssystem aufweisen, welches geeignet ist, das Werkstück zu halten und das Werkstück entlang eines Prozessablaufpfades zu transportieren. In einigen Ausführungsformen wird das Indexhaltesystem auf oder durch das Materialhandhabungssystem gehalten. Das Indexhaltesystem kann ein Paar von Halteanordnungen aufweisen, welche geeignet sind, Haltekräfte auf das Werkstück von gegenüberliegenden Seiten davon anzuwenden.
In anderen Ausführungsformen weist das Indexhaltesystem zumindest eine Nullabgleichhaltevorrichtung zum Halten des Indexteils und der Maschinenfunktionseinheit derart auf einem Boden, dass vor einem Arretieren des Indexhaltesystems das Indexteil und die Maschinenfunktionseinheit vertikal nach oben und nach unten durch Anwenden von Kräften, welche im Wesentlichen geringer als das Gewicht des Indexteils und der Maschinenfunktionseinheit sind, beweglich sind. Das Indexhaltesystem kann nach einem Arretieren davon von dem Materialhandhabungssystem gezogen werden, um entlang dem Prozessablaufpfad mit dem Werkstück zu wandern.
In noch einem anderem Aspekt der Erfindung koppelt das Indexteil an eine erste Indexvorrichtung an und die Maschinenfunktionseinheit koppelt an eine zweite Indexvorrichtung an, welche in Längsrichtung beabstandet von der ersten Indexvorrichtung angeordnet ist, und das Herstellungssystem umfasst ferner eine Steuerung in Verbindung mit der Maschinenfunktionseinheit. Die Maschinenfunktionseinheit sendet ein Signal, welches die Längsposition der Maschinenfunktionseinheit anzeigt, zu der Steuerung und die Steuerung ist geeignet, eine Längszunahme des Werkstücks zwischen den ersten und zweiten Indexvorrichtungen basierend auf dem Signal von der Maschinenfunktionseinheit zu bestimmen, wenn die Maschinenfunktionseinheit mit der zweiten Indexvorrichtung in Eingriff ist. Eine kumulierte Zunahme kann durch sequentielles Messen der Zunahme zwischen aufeinander folgenden Paaren der Indexvorrichtungen gemessen werden. Die Zunahme des Werkstücks kann durch vorhergehende Arbeitsvorgänge, welche an dem Werkstück ausgeführt wurden, als ein Ergebnis einer thermischen Verlängerung oder anderen Faktoren begründet sein. Vorzugsweise berücksichtigt das Herstellungssystem die gemessene Zunahme des Werkstücks während des Herstellungsverfahrens.
Ferner umfasst der Umfang der Erfindung ein Herstellungssystem, welches eine Nietmaschine zur Installation von Nieten durch Löcher in dem Werkstück vorsieht und die Nieten staucht. Die Nietmaschine kann eine hydraulische, pneumatische oder elektromagnetische Nietmaschine umfassen. Vorzugsweise ist die Nietmaschine eine hydraulische Nietpresse, welche durch Anwenden eines stetigen Drucks arbeitet, anstatt durch Hämmern der Nieten, wie es üblicherweise durchgeführt wird. Die hydraulische Nietpresse ist erheblich ruhiger als herkömmliche Nietmaschinen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Nietmaschine mit Nietdraht versorgt, welcher in einer Nietdrahtschneidvorrichtung auf die richtige Länge geschnitten wird. Die Schneidvorrichtung wird von einer Steuerung gesteuert, welche in Verbindung mit einer Haltevorrichtung ist, welche Teile des Werkstücks zusammenhält, die zusammenzunieten sind. Die Haltevorrichtung ist geeignet, eine aufgestapelte Dicke von den zu verbindenden Teilen zu messen, und die Steuerung steuert die Schneidvorrichtung, um den Nietdraht auf die richtige Länge basierend auf der gemessenen aufgestapelten Dicke zu schneiden. Der geschnittene Nietdraht wird dann der Nietmaschine zugeführt. Das Herstellungssystem kann zwei oder mehr Schneidvorrichtungen aufweisen, welche mit Nietdrähten von unterschiedlichen Durchmessern versorgt werden, wobei die Steuerung in Abhängigkeit von der erforderlichen Nietgröße für eine bestimmte Lochstelle an dem Werkstück die geeignete Schneidvorrichtung auswählt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung können Verfahrensinformationen für verschiedene Zonen des Werkstücks für einen Zugriff durch eine Steuerung in Verbindung mit einem Leser, welcher mit einer Indexvorrichtung in Eingriff ist, die nahe einer Zone des Werkstücks angebracht ist, gespeichert sein. Der Leser kann ein eindeutiges Identifizierungszeichen, welches in einem Sensor der Indexvorrichtung gespeichert ist, lesen und die Steuerung kann auf einen Satz von Verfahrensinformationen entsprechend dem Identifizierungszeichen zugreifen. Das Herstellungssystem weist eine Vorrichtung zum Umwandeln der Verfahrensinformation in eine visuelle Form zur Verwendung von den Arbeitern auf. Beispielsweise kann die Vorrichtung eine Markierungsvorrichtung, welche Markierungen an dem Werkstück zur nachfolgenden Verwendung von Arbeitern anbringt, ein Projektor, welcher Indices und/oder Grafiken auf das Werkstück projiziert, oder ein Monitor, wie zum Beispiel eine CRT-Vorrichtung, oder dergleichen sein. Auf diese Art und Weise können Herstellungspläne, die ein gegebenes Werkstück betreffen, schnell und einfach den Arbeitern zugänglich gemacht werden, sogar wenn mehrere Konfigurationen des Werkstücks auf der gleichen Herstellungslinie hergestellt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bestimmter bevorzugter Ausführungsformen davon klarer werden, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet werden, in welchen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Holms ist, welcher von einem Materialhandhabungssystem gehalten wird und mit Indexvorrichtungen gemäß der Erfindung ausgerüstet ist;
2 eine Querschnittsansicht ist, welche eine typische Indexvorrichtung zeigt, die in einem Loch in einem Werkstück installiert ist;
3A eine Querschnittsansicht ist, welche einen Leser, welcher dem Indexteil zugeordnet ist, vor einem Eingreifen des Lesers mit der Indexvorrichtung zeigt;
3B eine ähnliche Ansicht wie 4A ist, welche einen Eingriff des Lesers mit der Indexvorrichtung zeigt;
4 eine perspektivische Ansicht des mit Indexvorrichtungen ausgerüsteten Holmes ist, welche einen Indexstab zeigt, der von einem Indexhaltesystem gehalten wird, welches in Eingriff mit einem Paar von Indexvorrichtungen bewegt wird;
5 eine perspektivische Ansicht des Herstellungssystems der 3 ist, nachdem das Indexteil mit den Indexvorrichtungen in Eingriff gebracht ist, und welche einen geraden Holm darstellt;
6 eine perspektivische Ansicht ähnlich zu 5 ist, welche einen nicht geradlinigen Holm darstellt;
7 eine perspektivische Ansicht ähnlich zu 5 ist, welche eine O-Rahmenmaschinenfunktionseinheit in einer offenen Stellung in Vorbereitung auf ein Ineingriffbewegen mit dem Indexteil und dem Werkstück zeigt;
8 die O-Rahmenmaschinenfunktionseinheit in Eingriff mit dem Indexteil zeigt;
9 das System der 8 zeigt, nachdem eine Bewegung des Holms durch das Materialhandhabungssystem in einem getakteten Herstellungsablaufverfahren durchgeführt wurde;
10 ein Herstellungssystem ähnlich zu dem der 8 zeigt, außer dass die O-Rahmenmaschinenfunktionseinheit eine automatische Werkzeugwechselvorrichtung aufweist;
11 die O-Rahmeneinheit mit einer Werkzeugwechselvorrichtung getrennt zeigt;
12 die Werkzeugwechselvorrichtung getrennt zeigt;
13 ein Herstellungssystem mit einer Maschinenfunktionseinheit zeigt, welche einen Bohrer und eine Befestigungsmitteleinsetzvorrichtung umfasst, die zur Drehung um zwei unterschiedliche Drehachsen ausgestaltet sind;
14A–14I eine Abfolge von Vorgängen eines automatisierten Nietschneidsystems gemäß der Erfindung darstellen;
15 ein Herstellungssystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zum Halten, Bohren und Anbringen von Befestigungsmitteln an einer oberen Tragflächentafel zeigt;
16 ein Herstellungssystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zum Halten, Bohren und Einsetzen von Bolzen zum Zusammenverbinden von zwei Planken zeigt;
17 ein Herstellungssystem gemäß einem kontinuierlichen Herstellungsablaufproduktionssystem gemäß der Erfindung mit einem darin gehaltenen Holm zeigt;
18 einen schematischen Seitenaufriss eines Herstellungssystems mit einem gleitenden Indexhaltesystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist;
19 ein kontinuierliches Herstellungsablaufproduktionssystem mit einer Basis zeigt, welche sich vor und zurück entlang dem Arbeitsablaufpfad bewegt und eine Maschine und ein Indexsystem, welches mit dem Werkstück in Eingriff ist, stützt;
20 ein weiteres Herstellungssystem zeigt, welches eine Maschine aufweist, die sich vor und zurück auf einer ortsfesten Basis bewegt, und wobei ein Indexteil mit einem Kodierstreifen an dem Werkstück befestigt ist und mit dem Werkstück wandert, und wobei sich die Maschine an das Indexteil klemmt, um zusammen mit dem Werkstück getragen zu werden;
21 ein Herstellungssystem zur automatisierten Anordnen und Halten von Gurten an einem Holm und Verwenden eines C-Rahmenhalte- und Verbindungsmechanismus zum Verbinden der Gurte mit dem Holmsteg zeigt;
22 ein Herstellungssystem und Verfahren zum Messen und Aufzeichnen einer Zunahme des Werkstücks darstellt;
23 ein Herstellungssystem zum Bohren von Löchern in einem Werkstück gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung darstellt;
24 ein Herstellungssystem zum Aufbringen genauer Markierungen auf ein Werkstück darstellt;
25 ein System zur Projektion von Informationen auf ein Werkstück gemäß der Erfindung zeigt; und
26 ein System zum Anzeigen von Informationen über ein Werkstück gemäß der Erfindung zeigt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wird nun im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in welchen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind, ausführlicher beschrieben werden. Diese Erfindung kann jedoch in vielen unterschiedlichen Ausgestaltungen ausgeführt werden und sollte nicht auf die hierin dargelegten Ausführungsformen begrenzt ausgelegt werden; vielmehr werden diese Ausführungsformen bereitgestellt, so dass diese Offenbarung genau und vollständig ist und den Umfang der Erfindung den Fachleuten vollständig übermitteln wird. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich durchwegs auf gleiche Elemente.
Bezug nehmend auf 1 ist ein Holm S gezeigt, an welchem Indexvorrichtungen 30 gemäß einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung angebracht sind. Der Holm S wird von einem Materialhandhabungssystem 40 gehalten, welches den Holm entlang einem Arbeitsablaufpfad, wie er durch den Pfeil A bezeichnet ist, transportiert. Das Herstellungssystem kann entweder ein kontinuierliches Herstellungsablaufverfahren, wobei der Holm S sich kontinuierlich entlang dem Arbeitsablaufpfad bewegt, oder ein getaktetes Herstellungsablaufverfahren, wobei der Holm abwechseln angehalten wird, damit Arbeitsverfah ren durchgeführt werden, und dann weiter entlang dem Arbeitsprozesspfad zu einer weiteren Stelle, an welcher der Holm wieder für die Durchführung eines weiteren Arbeitsverfahrens angehalten wird, bewegt oder „getaktet" wird, verwenden. Gemäß der Erfindung wird der Holm S anfänglich zur Installation der Indexvorrichtungen 30 durch Vorbohren einer Reihe von Löchern 32 in dem Holm an bekannten Stellen davon vorbereitet. Jede geeignet genaue Bohrmaschine kann zum Bohren der Löcher 32 verwendet werden; eine genaue Platzierung der Löcher 32 ist wichtig, da alle Indexierungen der nachfolgenden Herstellungsvorgänge durch Referenz auf die Indexvorrichtungen 30, welche in den Löchern 32 installiert sind, durchgeführt werden.
2 zeigt eine Indexvorrichtung 30, welche in einem Loch 32 in dem Holm S installiert ist. In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform umfasst die Indexvorrichtung 30 einen Schnelltrennkupplungsstift mit einem vorderen Abschnitt 34, welcher mit einer vorderen Seite des Holms in Eingriff ist, und einem hinteren Abschnitt 35, welcher mit der gegenüberliegenden hinteren Seite des Holms in Eingriff ist. Der vordere Abschnitt 34 weist einen Schaft 36 auf, welcher mit einer engen Rutschpassung durch das Loch 32 in dem Holm passt und in einer Bohrung in dem hinteren Abschnitt 35 aufgenommen wird. Das distale Ende des Schafts 36 ist mit einem Gewinde versehen, so wie die Bohrung in dem hinteren Abschnitt der Indexvorrichtung. Somit wird der hintere Abschnitt 35 relativ zu dem vorderen Abschnitt 34 gedreht, um die vorderen und hinteren Abschnitte zueinander zu ziehen und fest an den Holm zu klemmen. Es ist natürlich klar, dass der dargestellte Stift nur ein Beispiel von vielen möglichen Konfigurationen von Stiften oder ähnlichen Strukturen, die verwendet werden können, ist.
Ein Sensor 38 ist an oder in dem vorderen Abschnitt 34 einer jeden Indexvorrichtung angebracht oder eingebettet, und ein weiterer Sensor 38 ist an oder in dem hinteren Abschnitt 35 der Indexvorrichtung angebracht oder eingebettet. Alternativ kann nur einer der vorderen und hinteren Abschnitte 34, 35 den Sensor 38 aufweisen, während der andere keinen Sensor aufweist; diese Anordnung würde verwendet werden, wenn das Werkstück nur von einer Seite davon zu bearbeiten ist. Die dargestellte Indexvorrichtung mit Sensoren 38 in sowohl vorderen als auch hinteren Abschnitten ist jedoch vorteilhaft, wenn das Werkstück von beiden Seiten davon zu bearbeiten ist. Die vorderen Abschnitte 34 von verschiedenen Indexvorrichtungen 30 weisen eine gleichförmige äußere Konfiguration von einem zum anderen auf, so dass jeder von dem gleichen Indexteil oder Arm, wie nachfolgend beschrieben, in Eingriff gebracht werden kann; auch die hinteren Abschnitte 35 weisen eine einheitliche äußere Konfiguration auf, welche vorteilhafterweise die gleiche wie die vorderen Abschnitte ist. Einer oder beide der vorderen und hinteren Abschnitte weist eine äußere Konfiguration auf, welche Bezugsflächen definieren, welche Bezugspositionen für eine Vorrichtung bereitstellen, die mit der Indexvorrichtung in Eingriff ist. Vorzugsweise definiert jeder Gehäuseabschnitt zumindest X- und Y-Bezugsflächen, wobei X und Y im Allgemeinen Koordinaten in der Ebene der Werkstückoberfläche S sind. Weiter vorzugsweise definiert der Index ferner eine Z-Bezugsfläche, welche eine Bezugsposition in der Z-Richtung bereitstellt (im Allgemeinen senkrecht zu der Werkstückoberfläche S). Wenn die Vorrichtung mit der Indexvorrichtung in Eingriff ist, ist deshalb die Position der Vorrichtung in X, Y und Z bestimmt.
Der Sensor einer jeden Indexvorrichtung weist ein eindeutiges Identifizierungszeichen darin gespeichert auf. Der Sensor 38 ist derart maschinenlesbar, dass ein geeigneter Maschinenleser das in dem Sensor gespeicherte Identifizierungszeichen lesen kann. Vorzugsweise umfasst der Sensor 38 einen „intelligenten Knopf" oder ähnlichen Typ eines Sensors, welcher einen (nicht gezeigten) internen Mikrochip aufweist, der mit dem eindeutigen Identifizierungszeichen programmiert ist. Wie in 3A und 3B gezeigt, ist ein Leser 50 ausgestaltet, um über die Indexvorrichtung 30 derart zu passen, dass ein Anschluss 52 in dem Leser einen Kontakt mit dem Sensor 38 herstellt. Das elektrische Mikrospannungspotential zwischen dem Anschluss 52 und dem Sensor 38 stellt die Energiequelle zum Lesen des in dem Sensor 38 gespeicherten Identifizierungszeichens bereit. Dementsprechend kann jedes gegebene Loch 32 in dem Holm S durch den Leser 50 basierend auf dem eindeutigen Identifizierungszeichen der Indexvorrichtung 30, welche in dem Loch installiert ist, identifiziert werden. Der Zweck dieser Fähigkeit, Löcher 32 zu identifizieren, wird nachfolgend erklärt. Alternativ zu einem intelligenten Knopf, welcher physikalisch mit einem Leser in Eingriff gebracht wird, kann stattdessen die Indexvorrichtung 30 einen Sensor verwenden, welcher von einem geeigneten Leser entfernt liegend ausgelesen wird. Zum Beispiel kann der Sensor Radiofrequenzsignale übertragen, welche von dem Leser empfangen werden; andere Sensor- und Lesersysteme, welche auf noch andere Arten und Weisen arbeiten, können auch verwendet werden. Somit sind die Details des Sensor- und Lesersystems für die vorliegende Erfindung nicht von besonderer Wichtigkeit. Die wichtige Betrachtung ist, dass Information über eine Werkstückzone zu einer Maschinenfunktionseinheit oder Steuerung durch einen Sensor, welcher in einer Indexvorrichtung installiert ist, die nahe der Werkstückzone angebracht ist, übermittelt werden kann.
Die verschiedenen Indexvorrichtungen 30 werden vorzugsweise optisch identifizierbar gestaltet, zum Beispiel indem sie mit geeigneten Bezeichnungen und/oder Grafiken farbkodiert oder markiert werden, so dass Arbeiter leicht identifizieren können, welche Indexvorrichtung in einem gegebenen Loch 32 in dem Holm zu installieren ist. Bezug nehmend auf 4 wird, sobald alle der Indexvorrichtungen 30 in ihren geeigneten Löchern installiert wurden, ein Indexteil 60 in Eingriff mit einem Paar von Indexvorrichtungen 30 bewegt. Das Indexteil 60 wird von einem Indexhaltesystem gehalten, welches ein Paar von Stützen 62 und 64 umfasst, die beweglich in Richtung und weg von dem Holm S auf Bodenführungen 65 derart beweglich sind, dass ein Arbeiter das Indexteil 60 einfach in Position manövrieren kann, um die Indexvorrichtungen 30 in Eingriff zu bringen. Die Stützen 62, 64 ermöglichen ferner eine Innen- und Außenbewegung des Indexteils 60 (d.h. eine Bewegung in der Längsrichtung des Indexteils). Die Stützen 62, 64 sind anfänglich anpassungsfähig, um zu ermöglichen, dass das Indexteil 60 manövriert wird, bis ein Paar von Indexarmen 66, 68, welche an dem Indexteil befestigt sind, sicher mit den ausgewählten Indexvorrichtungen 30 in Eingriff sind, wie in 5 gezeigt. Die Indexarme 66, 68 weisen Haltevorrichtungen 70 auf, welche sicher an den Indexvorrichtungen 30 halten. Die Haltevorrichtung 70 kann ein Werkzeughaltemechanismus vom HSK-Typ sein oder kann einfach eine Präzisions-V-Nut mit einer Schnelllösehalterung zum Halten der Indexvorrichtung 30 in der V-Nut sein. Sobald die Indexarme an der Indexvorrichtung festgeklemmt sind, halten oder „arretieren" die Stützen 62, 64 an dem Indexteil 60 über Haltemechanismen 72 und die Bodenführungen 65 werden auch an der Stelle arre tiert. Ein Arretieren des Systems kann durch pneumatische, hydraulische oder elektrische Betätigungsvorrichtungen bewirkt werden. Das Indexteil 60 ist somit in einer ortsfesten Position und Orientierung relativ zu dem Werkstück arretiert, wobei Position und Ausrichtung durch die Stellen der Indexvorrichtungen 30, welche mit den Indexarmen 66, 68 in Eingriff sind, vorgeschrieben werden. Sobald die Stellen dieser Indexvorrichtungen 30 bekannt sind, sind die Position und Ausrichtung der Indexteile 60 relativ zu dem Werkstück bekannt.
Das Indexteil 60 weist positionsanzeigende Merkmale auf, welche entlang seiner Länge verteilt sind. Insbesondere weisen in der dargestellten Ausführungsform die Indexteile ein positionskodiertes Band oder einen positionskodierten Streifen 80 auf, welches/welcher sich der Länge nach dort erstreckt. Der Streifen 80 kann optisch oder magnetisch oder auf eine beliebige Art und Weise kodiert sein. Das Indexteil 60 kann einen Präzisionsträger oder -stab umfassen, welcher in einem hohen Maße genau geradlinig ist und aus einem geeignet festen Material wie zum Beispiel Stahl oder einem Verbundstoffmaterial ausgebildet ist. Das Indexteil 60 wird zur Positionierung weiterer Maschinenfunktionseinheiten relativ zu dem Werkstück verwendet, indem derartige Maschinenfunktionseinheiten mit der Fähigkeit, die positionskodierten Streifen 80 zu lesen, bereitgestellt werden. Die Maschinenfunktionseinheit kann dadurch ihre Position entlang dem Indexteil 60 bestimmen.
Somit stellen 7–9 eine Ausführungsform der Erfindung mit einer Maschinenfunktionseinheit zum Ineingriffbringen des Indexteils 60 in der Form einer O-Rahmenmaschine 90 dar, welche einen Rahmen aufweist, der aus einem vertikalen L-förmigen Rahmenteil 92, der auf einer Bodeneingreifbasis 94 gehalten wird, und einem Turm 96, welcher schwenkbar mit dem Rahmenteil 92 an dem unteren Ende davon verbunden ist, ausgebildet ist. Der Turm 96 ist zwischen einer im Wesentlichen vertikalen oder geschlossenen Position und einer im Wesentlichen horizontalen oder offenen Position beweglich. Wenn der Turm 96, wie in 7 gezeigt, in einer offenen Position ist, kann die O-Rahmenmaschine 90 zu dem Holm S derart hochgeschoben werden, dass der Turm 96 unterhalb dem Holm verläuft, bis ein O-Rahmenpositionierer 97, welcher an dem oberen horizontalen Querteil des Rahmenteils 92 angebracht ist, an das Indexteil 60 ankoppelt. Der O-Rahmenpositionierer 97 umfasst vorzugsweise einen Leser 98 zum Lesen des kodierten Streifens 80 an dem Indexteil 60 und einen Antriebsmechanismus 99 zum angetriebenen Eingreifen des Indexteils 60, um die O-Rahmenmaschine 90 vor und zurück entlang der Länge des Indexteils anzutreiben. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Indexteil 60 eine Präzisionszahnstange 100 auf, welche entlang der Länge des Indexteils angebracht ist, und der Antriebsmechanismus 99 auf dem O-Rahmen umfasst eine Zahnradantriebgetriebeanordnung mit einem geeigneten Antriebsmotor, wie zum Beispiel einem Schrittmotor oder dergleichen. Natürlich können andere Arten von Antriebsanordnungen verwendet werden, um die O-Rahmenmaschine entlang dem Indexteil anzutreiben, wobei die Zahnstange und Zahnradanordnung nur beispielhaft eine mögliche Art von Anordnung ist. Sobald der O-Rahmen relativ zu dem Werkstück positionier ist, wird der Fallturm 96 zu seiner im Wesentlichen vertikalen geschlossenen Position angehoben.
8 zeigt die O-Rahmenmaschine 90 nachdem der Turm 96 angehoben wurde und in einer das gegenüberliegende Rahmenteil eingreifenden Position verriegelt wurde. Die Basis 94 der O-Rahmenmaschine weist vorzugsweise eine elastische oder Feder aufhängung auf, um einen gewissen Grad einer vertikalen Bewegung der O-Rahmenmaschine relativ zu dem Boden zu ermöglichen. Dementsprechend kann das Indexteil 60 als eine Führungsschiene zum Führen der Positionierung der O-Rahmenmaschine in der X-Richtung verwendet werden; der O-Rahmen „gleitet" entlang dem Boden, während er in Bezug auf das Indexteil 60 in der Y-Richtung ortsfest gehalten wird. Innerhalb des möglichen Bewegungsbereichs zwischen den Indexhaltern 62, 64 kann die O-Rahmenmaschine 90 in eine Richtung oder die entgegengesetzte Richtung (d. h. die X-Richtung in 8) angetrieben werden, um die Maschine an einer geeigneten Stelle relativ zu dem Werkstück zum Durchführen eines Arbeitsvorgangs an dem Werkstück zu positionieren. Die O-Rahmenmaschine 90 kann beispielsweise einen Bohrer 102 zum Bohren von Löchern in dem Werkstück und eine hydraulische Presse oder einen hydraulischen Schlagkolben 104 zum Einsetzen von Befestigungsmitteln (zum Beispiel Bolzen oder Nieten) in den Löchern halten. Die Maschine weist geeignete (nicht gezeigte) Positionierer zum Positionieren des Bohrers und des hydraulischen Schlagkolbens an dem Rahmenteil 92 in der Y-Richtung auf.
Das in 7–9 gezeigte System umfasst ein getaktetes Ablaufsystem. 8 zeigt das System vor einem Takt oder einer Bewegung des Holmes S entlang der X-Richtung. Wenn der Holm zu takten ist, werden die Haltemechanismen 72 der Indexhalter 62, 64 von dem Indexteil 60 gelöst und die Bodengleiter 65 werden derart entriegelt, dass das Indexteil 60 sich entlang der X-Richtung bewegen kann, und der Holm wird dann getaktet und zu einer Haltestelle an einer neuen Stelle entlang der X-Richtung, wie in 9 gezeigt, gebracht. Durch Takten des Holmes wird eine neue Zone des Holmes innerhalb des Arbeitsbereichs, welcher zwischen den Indexhaltern 62, 64 definiert ist, gebracht. Sobald der Holm an der neuen Stelle angehalten wird, werden die Haltemechanismen 72 der Indexhalter wieder an das Indexteil 60 geklemmt und die Bodengleiter 65 werden wieder derart verriegelt, dass das Indexteil 60 und die Indexhalter 62, 64 jeglichen Kräften entgegenwirken, welche durch Positionieren der O-Rahmenmaschine auftreten.
Wenn ein Werkstück, wie zum Beispiel ein Holm, nicht linear ist, kann das System der Erfindung dennoch verwendet werden, aber das Indexhaltesystem kann eine geringfügige Veränderung erfordern. 6 zeigt zum Beispiel ein Herstellungssystem ähnlich zu dem der 5, außer dass der Holm S derart „geknickt" ist, dass er einen im Wesentlichen geradlinigen Abschnitt aufweist, welcher mit einem weiteren im Wesentlichen geradlinigen Abschnitt winkelig dazu verbunden ist. Um einen derartig geknickten Holm aufzunehmen, weist der Indexhalter 64 (oder beide Indexhalter 62 und 64) die Fähigkeit auf, die vertikale Position des Haltemechanismus 72 einzustellen, wie in der Einfügung der 6 gezeigt. Dementsprechend kann das Indexteil 60 in einem Neigungswinkel derart verändert werden, dass es entlang einem geradlinigen Abschnitt des Holmes durch Koppeln von zwei Indexvorrichtungen 30 an einer Seite des Knicks derart ausgerichtet werden, dass Arbeitsverfahren an dem Abschnitt des Holms ausgebildet werden können. Dann, wenn Arbeitsverfahren an dem anderen Abschnitt des Holms an der gegenüberliegenden Seite des Knicks auszuführen sind, kann der Holm S getaktet werden, um diesen Abschnitt des Holms in den Arbeitsbereich zwischen die Halter 62, 64 zu bringen und der Neigungswinkel des Indexteils 60 kann wie benötigt eingestellt werden, um ein Paar von Indexvorrichtungen 30 an diesem Abschnitts des Holms anzukoppeln.
10 zeigt ein Herstellungssystem ähnlich zu dem der 7–9, außer dass die O-Rahmenmaschine 90 ferner einen automatischen Bohrerwechsler 110 aufweist, welcher an der Basis 94 der Maschine angebracht ist. 11 und 12 zeigen die O-Rahmenmaschine mit einem automatischen Bohrerwechsler detaillierter. Der Bohrerwechsler 110 dieser Ausführungsform umfasst ein Karussell 112, welches mit einem Wechselarmmechanismus 114 zusammenwirkt, um ein Bohrwerkzeug 116 von dem Bohrer 102 entgegenzunehmen und das Werkzeug in dem Karussell 112 zu platzieren und dann ein neues Bohrwerkzeug aus dem Karussel zu holen und es zur Aufnahme von dem Bohrer zu positionieren. Andere Arten von Werkzeugwechselmechanismen, wie zum Beispiel „weinregal"-artige Anordnungen oder weitere, können verwendet werden. 10 stellt ferner eine Steuerung 118 für das Herstellungssystem dar, welche mit der Maschine 90 verbunden ist. Die Steuerung 118 versorgt die Maschine 90 mit hydraulischer Antriebskraft und steuert ferner die Funktionen der Maschine mit Hilfe von Rückkopplungssignalen, welche von den verschiedenen Vorrichtungen der Maschine zu der Steuerung gesendet werden. Zum Beispiel ist die Steuerung in Verbindung mit dem Kodierstreifenleser 98 der Maschine und der Antriebsanordnung 99, um ein Positionieren der Maschine in der X-Richtung zu steuern. Die Steuerung ist ferner mit den (in 10 nicht gezeigten, aber siehe Leser 50 in 3A und 3B) Sensorlesern, welche in die Indexarme 66, 68 eingebaut sind, derart verbunden, dass die Steuerung die von den Lesern gelesenen Identifizierungszeichen empfängt und somit die Zone des Holms S, an welcher die Maschine aktuell positioniert ist, bestimmen kann. Vorzugsweise ist die Steuerung 118 mit der Maschine und anderen Komponenten über Schnelltrennkupplungsverbinder derart verbunden, dass die Steuerung, falls erforderlich, schnell durch eine andere Steuerung ersetzt werden kann.
Zusätzlich kann die Steuerung 118 eine (nicht gezeigte) Datenspeichekomponente aufweisen oder kann mit einer derartigen Speicherkomponente an einem entfernten Ort verbunden sein, in welcher Verfahrensinformationen für alle Zonen des Holms gespeichert werden können. Jeder Satz von Verfahrensinformationen für jede Zone des Werkstücks ist mit dem Identifizierungszeichen, welches der Indexvorrichtung 30, die benachbart zu der Zone angeordnet ist, entspricht, in Beziehung gesetzt. Dementsprechend, wenn die Steuerung 118 das Identifizierungszeichen von dem mit der Indexvorrichtung 30 an einer gegebenen Werkstückzone in Eingriff befindlichen Leser empfängt, sucht die Steuerung den Satz der Verfahrensinformationen, welcher zu dieser Zone gehört, basierend auf dem Identifizierungszeichen heraus. Diese Verfahrensinformation kann dann von der Steuerung zum Steuern der Maschine 90 derart verwendet werden, dass die Maschine Arbeitsverfahren an dem Werkstück ausführt. Beispielsweise kann die Verfahrensinformation die Stellen und Durchmesser von Löchern, welche in das Werkstück zu bohren sind, die Stellen und Größen von Befestigungsvorrichtungen, welche in die Löcher einzusetzen sind, und weitere Verfahrensinformationen aufweisen.
13 zeigt ein Herstellungssystem ähnlich zu denen der 7–10, außer dass die O-Rahmenmaschine 90 Drehfähigkeiten aufweist und einen weinregalähnlichen Bohrerwechsler 110 aufweist. Die Maschine 90 ist um eine Achse parallel zu der Y-Achse drehbar. Zusätzlich ist die Maschine um eine Achse parallel zu der X-Achse durch Bereitstellen von Hebelbetätigungsvorrichtungen 120, wie zum Beispiel hydraulischen Stellzylindern oder dergleichen, auf der Basis 94 drehbar. Ein Anheben oder Absenken einer Seite der Basis relativ zu der gegenüberliegenden Seite bewirkt somit ein Drehen der Maschine um die horizontale Achse. Die Zwei-Achsen-Drehfähigkeit der Maschine ermöglicht der Maschine Planken P mit komplizierten Umrissen oder dergleichen zu bohren und zu befestigen, wobei die Richtung des Bohrens im Wesentlichen senkrecht zu der Werkstückoberfläche bleibt.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung und unter Bezugnahme auf 14A–14I, kann eine Maschinenfunktionseinheit, welche unter Bezug auf das Indexteil positioniert wird, eine hydraulische Nietmaschine 130 aufweisen, welche im Gegensatz zu herkömmlichen Nietmaschinen, welche Nieten kraftvoll schlagen, um sie zu stauchen, die Anwendung eines konstanten hydraulischen Druckes zum Pressen von Nieten in Löcher in dem Werkstück und zum Stauchen der Nieten verwendet. Die Nietmaschine 130 umfasst einen Druckfuß 132, welcher an die Vorderseite der zusammenzunietenden Werkstückteile ankoppelt, und einen Hilfshaltefuß 134, welcher an die Rückseite der Teile ankoppelt. Der Druckfuß 132 und der Haltefuß 134 werden durch den Positionierer der Maschine (z. B. der Maschine 90 in 13) an gegenüberliegenden Seiten der Werkstückteile, wie in 1 gezeigt, positioniert, und werden durch geeignete hydraulische (nicht gezeigte) Betätigungsvorrichtungen betätigt, um die Teile dazwischen, wie in 14B dargestellt, zu halten. (Nicht gezeigte) Positionssensoren, die dem Druckfuß und Haltefuß zugeordnet sind, werden verwendet, um die aufgestapelte Dicke G der gehaltenen Teile zu messen. Ein Signal, welches die gemessene aufgestapelte Dicke G anzeigt, wird zu einer Nietschneidvorrichtung 140, welche in 14C dargestellt ist, geschickt. Die Nietschneidmaschine 140 wird mit einem kontinuierlichem Nietdraht W versorgt, welcher von einem Zuführmechanismus 142 gegen einen beweglichen Anschlag 144, der von einer Steuerung der Maschine derart positioniert wird, dass eine vorbestimmte Länge L des Drahtes W sich von dem Anschlag 144 zu einer Schneidstelle, wo ein Schneider 146 angeordnet ist, erstreckt, geführt, wie in 14E gezeigt. Die Länge L erstreckt sich über einen vorbestimmten Zusammenhang mit der gemessenen aufgestapelten Dicke G derart, dass die Länge L um einen Betrag, welcher ausreichend ist, um die geeignete Grifflänge der Niete bereitzustellen wenn der Nietdraht gestaucht wird, um eine Niete auszubilden, die die Werkstückteile zusammen verbindet, länger als die Dicke G ist. Die Steuerung der Nietschneidmaschine kann die Länge L aus einer gespeicherten Tabelle bestimmen, welche aufgestapelte Dicken G mit Nietlängen L in Beziehung setzt, oder sie kann die Länge L basierend auf einem geeigneten Algorithmus berechnen. Der Schneider 146 wird betätigt, um den Nietdraht zu schneiden, um einen Draht der Länge L bereitzustellen, wie in 14F gezeigt.
Zur gleichen Zeit, zu der die Nietschneidvorrichtung 130 die in 14C, 14E und 14F gezeigten Vorgänge ausführt, wird die Bohrvorrichtung der Maschine (z.B. der Bohrer 102 in 13) bewegt, um eine Bohrerspitze 148 in Ausrichtung mit den Druck- und Haltefüßen 132, 134 zu positionieren, und wird betätigt, um ein Loch durch die Werkstückteile zu bohren, wie in 14D gezeigt.
Sobald der Nietdraht W wie in 14F geschnitten ist, wird der bewegliche Anschlag 144 aus dem Weg der geschnittenen Niete R zurückgezogen und die Niete wird durch Vakuum, wie zum Beispiel durch eine luftbetriebene Venturi-Zuführung 149, durch einen Anschluss oder einen Schlauch 150 gesaugt, wie in 14G gezeigt. Die Niete R wird in ein Nasenstück 152 eines hydraulischen Schlagkolbens 160 zugeführt, welcher in Ausrichtung mit dem Loch in den Werkstückteilen angeordnet ist. Ein hydraulischer Schlagkolben 162 an der Rückseite (d.h. der Endseite) der Werkstückteile wird in eine Position bewegt, welche um einen vorbestimmten Abstand P von der Rückseite der Werkstückteile beabstandet ist, und ein Schlagkolben 164 von der Vorderseite (d.h. Kopfseite) eines Hydraulikschlagkolbens 160 wird betätigt, um die Niete R in das Loch und gegen den Endseitenschlagkolben 162 zu drücken, um die Niete zu stauchen, wie in 14H gezeigt. Beide Schlagkolben 162, 164 weisen vorzugsweise wie gezeigt ersetzbare Schnappstempel auf. Die Druck- und Haltefüße 132, 134 werden dann von den Werkstückteilen gelöst und die Schlagkolben 162, 164 werden zurückgezogen, um den nächsten Bohr- und Nietvorgang vorzubereiten, wie in 14I gezeigt.
Als eine Alternative zu einer hydraulischen Nietpresse können andere Arten von Nietmaschinen, wie zum Beispiel pneumatische oder elektromagnetische Nietmaschinen verwendet werden. Das vorteilhafte Nietschneiden- und Zuführungssystem gemäß der Erfindung kann an die spezielle Nietmaschine angepasst werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gibt es mehrere Nietschneidmaschinen 140, welche jeweils mit einem Nietdraht W mit einem Durchmesser anders als dem anderer Maschinen versorgt werden. Der geeignete Nietdurchmesser für ein gegebenes Loch in einem Werkstück kann von der Herstellungssystemsteuerung basierend auf den Verfahrensinformationen, welche in der Datenspeicherkomponente des Systems gespeichert sind, bestimmt werden, und dann kann die Steuerung die entsprechende Nietschneidmaschine zum Schneiden einer Niete der geeigneten Länge auswählen und sie zu dem hydraulischen Schlagkolben 160 schicken. Alle Nietschneidmaschinen sind mit ihren eigenen flexiblen Schläuchen mit dem hydrauli schen Schlagkolben 160 derart verbunden, dass jede beliebige von ihnen eine Niete zu dem Schlagkolben 160 schicken kann.
Vorzugsweise werden die in den 14C, 14E, 14F und 14G dargestellten Schritte durchgeführt, bevor der Bohrarbeitsgang der 14D fertiggestellt ist. Somit wird ein paralleles Verarbeiten in dem Nietsystem der Erfindung verwendet.
Eine alternative Ausführungsform eines Herstellungssystems gemäß der Erfindung zum Halten und Befestigen einer oberen Flügeltafel an darunter liegende Holme ist in 15 gezeigt. Das Herstellungssystem der 15 ist entweder für einen getakteten oder einen kontinuierlichen Arbeitsablauf geeignet. Um den kontinuierlichen Arbeitsablauf aufzunehmen, wird das Indexhaltesystem bezüglich dem zuvor beschriebenen verändert. Somit weist das Indexhaltesystem ein Paar von Indexhaltern 170, 172 auf, welche entlang dem Boden auf rollenden oder gleitenden Nullabgleichvorrichtungen, wie zum Beispiel Scherentischen 174 oder dergleichen, wandern können. Alternativ kann das Indexhaltesystem von einem oben liegenden (nicht gezeigten) Abgleichsystem im Nullabgleich gehalten werden. Die Nullabgleichvorrichtungen ermöglichen, dass das von dem Haltesystem gehaltene Indexteil 60 wie zuvor beschrieben manövriert wird, um an ein Paar von Indexvorrichtungen 30, die an dem Werkstück angebracht sind, anzukoppeln, und dann das Indexhaltesystem an dem Werkstück zu halten, um seine Position zu fixieren. Weiterhin weist das Indexhaltesystem insbesondere einen hydraulischen Haltemechanismus 176 auf, welcher an jedem der Indexhalter 170, 172 angebracht ist. Jeder Haltemechanismus 176 weist gegenüberliegende Klemmkissen 178 auf, welche an untere und obere Tragflächentafeln WP ankoppeln und sie gegen innere Holme S der Tragflächenzellenstruktur klemmen. Die Indexhalter 170, 172 halten ferner eine Führungsbohrmaschine, die eine Führung 180, entlang derer ein Bohr- und Befestigungsmodul 182 in der X-Richtung hin und her schwenkbar ist, aufweist. Das Bohr- und Befestigungsmodul 182 weist einen Bohrer 184 und eine Bolzeneinsetzvorrichtung 186 auf. Die Führungsbohrmaschine weist ferner einen automatischen Bohrerwechsler 188 auf. Das Bohr- und Befestigungsmodul 182 wird in der X-Richtung entlang der Führung 180 durch eine geeignete Antriebsanordnung 190, welche zum Antreiben mit dem Indexteil 60, wie für andere Ausführungsformen zuvor beschrieben, in Eingriff ist, hin und her angetrieben.
Der Haltemechanismus 176 stellt eine ausreichende Haltekraft (z. B. 800–1000 Pfund) bereit, um ein Ansammeln von Schneidspänen von dem Bohrverfahren zwischen den geklemmten Teilen der Tragflächenanordnung zu verhindern; dementsprechend kann das Verfahren des Auseinanderbauens und Entgratens, um derartige Späne zu entfernen, vermieden werden. Das Bohr- und Befestigungsmodul 182 kann sich hin und her bewegen, um an mehreren Stellen Löcher zu bohren und Bolzen einzusetzen, während der Haltemechanismus 176 die hohe Haltekraft beibehält.
16 zeigt noch eine weitere Ausführungsform eines Herstellungssystems gemäß der Erfindung zum Zusammenverbinden von zwei Planken P1, P2. Das System ist ähnlich zu dem der 15, außer dass das Indexhaltesystem ein oben liegendes Nullabgleichsystem umfasst, welches ein Paar von Haltemechanismen 176' verwendet, die von einer oben liegenden Nullabgleichanordnung 200 herunterhängen, was der Führungsbohrmaschine 180 ermöglicht, manövriert zu werden, um an ein Paar von Indexvorrichtungen 30, die an dem Werkstück angebracht sind, anzukoppeln. Der Haltemechanismus 176' klemmt dann die Planken P1, P2, die durch Bolzen zu verbinden sind, zusammen, und das Bohr- und Befestigungsmodul 182 bewegt sich dann entlang dem Indexteil 60 hin und her und bohrt Löcher und setzt Bolzen ein, wie im Allgemeinen zuvor für 15 beschrieben.
17 stellt eine weitere Veränderung gemäß der Erfindung dar. Ein Materialhandhabungssystem 40 für einen kontinuierlichen Arbeitsablauf transportiert einen Holm S entlang einem Arbeitsablaufpfad (d.h. in der X-Richtung). Mehrere Haltevorrichtungen 210 zum Halten an dem Indexteil 60 sind an werkstückeingreifenden Teilen 212 des Materialhandhabungssystems angebracht. Somit wandert das Indexhaltesystem, welches von den Haltevorrichtungen 210 beinhaltet wird, zusammen mit dem Materialhandhabungssystem. Die Haltevorrichtungen 210 sind in der Y-Richtung auf den werkstückeingreifenden Teilen 212 gleitfähig, um zu ermöglichen, dass das Indexteil 60 in der Y-Richtung hin und her bewegt wird. Das Indexteil 60 ist ferner in der X-Richtung hin und her beweglich, wenn die Haltevorrichtungen 210 freigegeben sind. Somit kann das Indexteil 60 manövriert werden, um die Indexarme 66, 68 des Indexteils mit einem Paar von Indexvorrichtungen 30, welche auf dem Holm angebracht sind, in Eingriff zu bringen. Die Klemmvorrichtungen 70 der Indexarme 66, 68 halten dann an den Indexvorrichtungen 30 und die Haltevorrichtungen 210 des Indexhaltesystems halten an dem Indexteil 60, wodurch das Indexteil relativ zu dem Werkstück unbeweglich wird. Sobald das Indexteil derartig unbeweglich ist, kann eine Maschinenfunktionseinheit mit dem Indexteil in Eingriff gebracht werden und zusammen damit hin und her angetrieben werden, um Bohrer, Befestigungsmitteleinsetzvorrichtungen oder andere Vorrichtungen relativ zu dem Werkstück zu positionieren. Den Kräften, die durch die Bewegung der Maschinenfunktionseinheit entlang dem Indexteil erzeugt werden, wird eher durch das Materialhandhabungssystem 40 als durch den Boden, wie in zuvor beschriebe nen Ausführungsformen, entgegengewirkt. In diesem System können die gleichen Indexteile 60 zusammen mit dem Holm S fahren, können aber an unterschiedlichen Stellen entlang dem Holm durch Freigeben der Haltevorrichtungen 70, 210 und Wiederpositionieren des Indexteils im Eingriff mit einem anderen Paar von Indexvorrichtungen 30 und dann Wiederaktivieren der Haltevorrichtungen 70, 210 positioniert werden.
18 stellt eine weitere Veränderung gemäß der Erfindung dar. Eine Planke P wird von einem Materialhandhabungssystem 40 gehalten, welches die Planke P entlang einem Arbeitsablaufpfad in der X-Richtung transportiert. Ein Indexhaltesystem wird in der Ausgestaltung eines rollenden Nullabgleichswagens 220, wie zum Beispiel einem Scherenwagen oder einem federbelasteten Wagen, der entlang einem Boden rollt, bereitgestellt. Der Wagen 220 hält ein Indexteil 60 und hält ferner eine schwere Maschine, ein Werkzeug und/oder ein Teil, welches im Allgemeinen mit Bezugszeichen 222 bezeichnet wird. Das Indexteil 60 ist im Eingriff mit und klemmt an einem Paar von Indexvorrichtungen 30, welche an der Planke P angebracht sind. In der dargestellten Ausführungsform umfasst der Mechanismus zum Ankoppeln der Indexvorrichtungen eine Präzisions-V-Nut 224, welche in dem Indexteil 60 zum Ineingriffbringen einer Indexvorrichtung 30 ausgebildet ist, um die Position des Indexteils 60 in der X-Richtung zu fixieren und eine Ebene an dem Indexteil 60, welche an die andere Indexvorrichtung 30 ankoppelt, um die Y-Stelle des Indexteils an dieser Stelle zu fixieren. Somit fixieren die V-Nut und die Ebene zusammen die Position und Ausrichtung (d.h. Gleichlauf) des Indexteils zu dem Werkstück. Der Wagen 220 ermöglicht dem Teil 222, um einen ausreichenden Betrag nach oben oder unten gehoben zu werden, um das Indexteil 60 zum Eingreifen der Indexvorrichtung 30 zu manövrieren; das Teil 222 kann mit erheblich weni ger Kraft als das wirkliche Gewicht des Teils gehoben werden. Zum Beispiel ermöglicht ein Bishamon-Scherenwagen, dass eine 800 Pfund Last mit einer kleinen Kraft von 20 Pfund einige Inch hoch oder runter gehoben werden kann. Sobald das Indexteil 60 somit an der Planke P indiziert ist, wird die Maschine oder ein anderes Teil 222 fest an der Planke P gehalten. Während die Planke entlang dem Arbeitsablaufpfad von dem Materialhandhabungssystem 40 getragen wird, wird der Wagen, welcher das Teil 222 stützt, zusammen mit der Planke getragen, und der Wagen „gleitet" auf dem Boden. Vorzugsweise ist das Materialhandhabungssystem 40 derart ausgestaltet, dass es den Wagen 220 vielmehr direkt zieht anstatt die Planke P zum Ziehen des Wagens zu verwenden. Zum Beispiel kann die Indexvorrichtung 30, welche in Eingriff mit der V-Nut 224 ist, direkt mit dem Materialhandhabungssystem 40 gekoppelt sein, so dass Belastungen in der X- und Y-Richtung von dem Materialhandhabungssystem 40 durch die Indexvorrichtung 30 zu dem Indexteil 60 entgegengewirkt wird.
19 stellt ein anderes Herstellungssystem gemäß der Erfindung dar. Das System verwendet einen kontinuierlichen Arbeitsablauf mit einem Materialhandhabungssystem 40, welches einen Holm S hält und ihn entlang einem Arbeitsablaufpfad transportiert. Entlang dem Arbeitsablaufpfad ist eine Gleitbasis 230 auf dem Boden angeordnet. Eine Maschine oder ein Roboter 232 wird auf der Basis 230 gehalten und wird vorzugsweise auf der Basis 230 derart beweglich gehalten, dass sich die Maschine um eine oder mehrere Achsen versetzen und/oder drehen kann, um einen Arbeitsendeeffektor 234 der Maschine zu positionieren. Die Maschine weist Indexteile 60' auf, welche mit Indexvorrichtungen (die in 19 nicht sichtbar sind, aber ähnlich zu den Indexvorrichtungen 30 sind, welche in zuvor beschriebenen Ausführungsformen gezeigt sind), die an dem Holm S angebracht sind, in Eingriff sind. Sobald ein Eingriff zwischen den Indexvorrichtungen und dem Indexteil 60' erreicht ist, wandert die Basis 230 angetrieben durch eine geeignete (nicht gezeigte) Antriebsanordnung zusammen mit dem Holm, so dass die Maschine 232 Arbeitsverfahren an dem Holm ausführen kann. Wenn die Basis 230 das Ende ihres Wanderbereichs in der Arbeitsablaufrichtung erreicht, bewirkt ein (nicht gezeigter) Näherungsschalter oder dergleichen, dass die Indexteile 60' die Indexvorrichtungen an dem Werkstück freigeben und die Maschine den Holm freigibt, und bewirkt, dass die Basisantriebsanordnung die Basis 230 zurück zu ihrer Ausgangsposition derart bewegt, dass die Maschine den Holm wieder in Eingriff bringen kann, um eine Arbeit an einer neuen Zone des Holms zu beginnen.
20 stellt eine weitere Ausführungsform dar, welche in einigen Beziehungen ähnlich zu der von 19 ist. Ein Rohling B für einen Holmsteg wird auf einem Indexteil 60 gehalten, welcher in der Ausgestaltung eines I-Balkens ist, der wiederum auf einem Materialhandhabungssystem 40 gelagert ist. Die Stelle des Rohlings B relativ zu dem Indexteil 60 ist z.B. durch Verwendung geeigneter Spannvorrichtungen 236 bekannt, welche an dem Indexteil 60 zum Ineingriffbringen des Rohlings angebracht sind, um seine Position in den X-, Y- und Z-Richtungen zu fixieren. Das Indexteil 60 weist einen Kodierstreifen 80 auf, welcher entlang seiner Länge angebracht ist. Eine Fräsmaschine 240 ist auf einem gleitenden Führungssystem 242 angebracht, welches parallel zu der Arbeitsablaufrichtung, entlang welcher der Rohling B transportiert wird, verläuft. Ein Leser 244 an der Maschine 240 liest den Kodierstreifen 80, während sich der Rohling und das Indexteil entlang dem Arbeitsablaufpfad bewegen. Wenn der Rohling in einer vorbestimmten X-Position relativ zu der Maschine 240 positio niert wird, klemmt sich die Maschine auf dem Indexteil 60 fest und wird dann zusammen mit dem Rohling getragen. Die Maschine weist einen Fräskopf 246 auf, welcher vorzugsweise in den X-, Y- und Z-Richtungen relativ zu dem Rohling derart beweglich ist, dass die Maschine eine Zone des Rohlings fräsen kann. Wenn die Maschine 240 das Ende ihres Wanderbereichs in der X-Richtung erreicht, bewirkt ein (nicht gezeigter) Näherungsschalter oder dergleichen, dass die Maschine den Rohling freigibt und das Indexteil 60 freigibt, und die Maschine wird zurück zu ihrer Ausgangsposition bewegt, um mit dem Rohling wieder in Eingriff zu kommen, um eine neue Zone des Rohlings zu fräsen.
21 stellt eine weitere Ausführungsform der Erfindung für ein automatisiertes Anordnen von Gurten an einem Holmsteg SW dar. Das System ist in einigen Beziehungen ähnlich zu dem der 15, da das Indexhaltesystem Halter 170, 172 verwendet, welche auf einem Nullabgleichtisch oder -wagen 174, wie z.B. einem Scherenwagen oder einem federbelasteten Wagen, welcher entlang dem Boden wandert, gehalten werden. Ein Gurtanordnungswerkzeug 250 befindet sich mit dem Indexteil 60 für eine Bewegung damit in Eingriff und weist einen Leser 98 zum Lesen des Kodierstreifens 80 an dem Indexteil auf. Das Indexteil 60 weist einen ortsfesten Index 252 auf, welcher ortsfest relativ zu dem Indexteil 60 ist und mit einem ersten von zwei Indexvorrichtungen 30, die an dem Holmsteg angebracht sind, in Eingriff ist. Ein freier Index 254, welcher entlang dem Indexteil 60 schwenkbar ist, befindet sich mit der zweiten Indexvorrichtung 30 in Eingriff und weist einen Leser 98 zum Lesen des Kodierstreifens 80 auf. Jeder Index 252, 254 weist einen (nicht gezeigten) Leser zum Lesen des Identifizierungszeichens auf, welches in dem Sensor einer jeden Indexvorrichtung 30 gespeichert ist, so dass die Steuerung 118 die Zone des Holmstegs, an welchem das Gurtanordnungswerkzeug 250 angeordnet ist, identifizieren kann. Die Steuerung 118 kann dann Informationen bezüglich der Gurtanordnungen für diese Zone des Holmstegs abrufen. Sobald diese Daten abgerufen sind, können geschlossene Gurte bezüglich dem Holmsteg angeordnet werden. Das Gurtanordnungswerkzeug 215 bewegt sich entlang der Indexteile 60 hin und her und wird unter Bezugnahme auf den Kodierstreifen 80 positioniert, um jeden Gurt an der geeigneten Stelle entlang dem Holmsteg anzuordnen.
Sobald ein Gurt positioniert ist, wird dann ein einfaches Verfahren zum Anbringen permanenter Hefthaltevorrichtungen verwendet, um den Gurt an dem Holmsteg zu befestigen. Gemäß diesem Verfahren werden vorgebohrte Führungslöcher 256 in die Holmrippe gebohrt, um die Heftstellen zu markieren. Die Führungslöcher 256 können in dem Holmsteg während einer Stegherstellung, gebohrt werden, oder können mit tragbaren Bohrvorrichtungen, wie z.B. der in Verbindung mit 23 nachfolgend beschriebenen, gebohrt werden. Dann werden kleine C-Rahmen 260, welche einen wesentlichen Anteil der Haltekraft (z.B. näherungsweise 1000 Pfund) bereitstellen, über hydraulische Betätigungsvorrichtungen 262 verwendet, um die angeordneten Gurte an den Holmsteg zu klemmen, und Bohrvorrichtungen 264, welche an den C-Rahmen 260 angebracht sind, werden verwendet, um die Löcher für Bolzen, die die Gurte an dem Steg befestigen, unter Verwendung der Führungslöcher als Führungen zu bohren. Die Bohrvorrichtungen 264 können beispielsweise flexible und entfernbare Motoren mit maschinellem Vorschub sein, welche mit abgesetzten Bohrern verwendet werden. Der Motor kann durch eine beliebige geeignete Anordnung entfernbar sein, wie z.B. ein konzentrisches Aufnahmesystem, so dass die Löcher gerieben werden können, wobei die Löcher, falls notwendig, kalt bearbeitet werden können, und dann Bol zen in den Löchern installiert werden können, während das Halten des Gurtes an dem Steg durch den C-Rahmen beibehalten wird.
22 stellt ein Verfahren und System gemäß der Erfindung zum Überwachen und Aufzeichnen einer Zunahme eines Werkstücks während einer Bearbeitung dar. Aus verschiedenen Gründen kann ein längliches Werkstück, wie zum Beispiel ein Holm oder eine Planke, die in Flugzeugstrukturen verwendet werden, während einer Fertigung länger werden. Aufgrund der erheblichen Länge einiger dieser Werkstücke kann die gesamte Zunahme des Werkstücks ziemlich erheblich sein, was offensichtlich die Platzierung von Löchern oder anderen Elementen, wie zum Beispiel Versteifungen, Gurten oder dergleichen beeinflusst. Gemäß der Erfindung wird die Zunahme überwacht und während des Herstellungsverfahrens in Betracht gezogen. Zu diesem Zweck verwendet das Herstellungssystem mehrere Indexvorrichtungen 30, welche an dem Werkstück S an Stellen angebracht sind, die beabstandet entlang der X-Richtung sind. Die Indexvorrichtungen 30 werden installiert, bevor der Werkstück in einer beliebigen Art und Weise bearbeitet wird, was zu irgendeiner erheblichen Verlängerung des Werkstücks führen würde; dementsprechend sind die nominalen X-Stellen der Indexvorrichtungen bekannt. Mit „nominale X-Stellen" sind X-Stellen der Indexvorrichtungen gemeint, bevor das Werkstück einem beliebigen wachstumsbewirkenden Arbeitsverfahren unterzogen wurde. Die tatsächlichen X-Stellen der Indexvorrichtungen 30 werden in 22 X1, X2, ..., X17 bezeichnet. Aufgrund einer Zunahme des Werkstücks werden die tatsächlichen X-Stellen unterschiedlich zu den nominalen X-Stellen sein.
Die tatsächlichen X-Stellen werden durch die Verwendung des Indizierungssystems im Allgemeinen ähnlich zu dem zuvor be schriebenen bestimmt. Genauer gesagt befindet sich ein benachbartes Paar von Indexvorrichtungen 30 in Eingriff mit einem Paar von Indizes 252, 254, welche an dem Indexteil 60 angebracht sind. Der Index 252 ist vorzugsweise ein ortsfester Index, welcher an einer ortsfesten Position an dem Indexteil angebracht ist, und weist einen Leser (Bezugszeichen 50 in 3A und 3B) zum Lesen des Identifizierungszeichen auf, welches in dem Sensor des Indexteils 30, das sich mit dem Index 252 in Eingriff befindet, gespeichert ist. Der Index 254 ist ein freier Index, welcher entlang dem Indexteil 60 hin und her schwenken kann und weist einen Leser 98 zum Lesen des Kodierstreifens 80 an dem Indexteil derart auf, dass die Steuerung 118 in Verbindung mit dem Leser 98 die genaue Stelle des freien Index 254 in der X-Richtung bestimmen kann. Dementsprechend, wenn der ortsfeste Index 252 sich mit der Indexvorrichtung 30 an einer Stelle X1 in Eingriff befindet, und der freie Index 254 sich an einer Stelle X2 mit der Indexvorrichtung 30 in Eingriff befindet, kann die Steuerung die tatsächliche Differenz in X-Lage zwischen diesen zwei Indexvorrichtungen bestimmen und von dieser Differenz die nominale Differenz in X-Lage zwischen den Indexvorrichtungen subtrahieren. Die resultierende Zahl ist die Zunahme des Werkstücks zwischen den Positionen X1 und X2, welche hierin X2'' bezeichnet wird. Das Verfahren wird zwischen den Stellen X2 und X3, zwischen X3 und X4, zwischen X4 und X5 usw. bis zu den Stellen X16 und X17 wiederholt. Aus diesem Verfahren wird eine Reihe von Zunahmewerten X2'', X3'', ..., X17'' zwischen jedem benachbarten Paar von Indexvorrichtungen abgeleitet. Die tatsächlichen X-Stellen der Indexvorrichtungen 30 werden wie nachfolgend berechnet: X2 = X2nominal + X2'' X3 = X3nominal + X2'' + X3'' X4 = X4nominal + X2'' + X3'' + X4''... X17 = X17nominal + X2'' + X3'' + ... + X17''
Vorzugsweise sollte eine Temperaturkompensation in den Algorithmus zur Messung der Holmzunahme einbezogen werden, um thermischen Ausdehnungseffekte zu verrechnen. Verfahren zur Verrechnung von thermischen Ausdehnungen sind gemäß dem Stand der Technik bekannt und werden daher hierin nicht beschrieben.
Alternative Verfahren zur Messung einer Holmzunahme, welche das Indexsystem der vorliegenden Erfindung verwenden, können verwendet werden. Zum Beispiel können die ortsfesten und freien Indizes 252, 254 sich mit nicht benachbarten Indexvorrichtungen 30 in Eingriff befinden, um die Zunahme zwischen diesen Indexvorrichtungen zu messen, und die Zunahme für ein beliebiges Zwischenstück (für beliebige Zwischenstücke) von Indexvorrichtungen zwischen den nicht benachbarten Indexvorrichtungen können durch Interpolation bestimmt werden. Dieses Verfahren ist nicht so genau wie das zuvor beschriebene, aber es könnte einen Vorteil aufweisen, indem ein größerer Abstand zwischen den freien und ortsfesten Indizes bereitgestellt wird, so dass eine Maschinenfunktionseinheit (z.B. eine O-Rahmenmaschine 90, wie in 7) das Indexteil 60 zwischen diesen Indizes ankoppeln kann und Arbeitsvorgänge an dem Werkstück durchführen kann, während die Zunahme gleichzeitig überwacht wird.
23 zeigt noch eine weitere Ausführungsfarm der Erfindung zum Bohren von Löchern, wie zum Beispiel genau festgelegte Anordnungslöcher (Determinate Assembly, DA), in einem Werkstück. Mehrere Indexvorrichtungen 30 werden an einem Werkstück SW an bekannten Stellen davon angebracht. Ein Indexhaltesystem in der Ausgestaltung eines Zwei-Achsen-Positionierrahmens 270 wird auf dem Boden von vertikal gleitenden oder elastisch gelagerten Basen 272, welche entlang dem Boden in der X-Richtung rollen oder gleiten, gehalten. Alternativ kann natürlich das Indexhaltesystem oben liegend von einem geeigneten vertikalen Gleitmechanismus herabhängend sein. Der Rahmen 270 befindet sich mit einem Paar von Indexvorrichtungen 30 an dem Werkstück in einer der Arten und Weisen, welche für andere Ausführungsformen zuvor beschrieben wurden, in Eingriff, wodurch die Position und Ausrichtung des Rahmens 270 relativ zu dem Werkstück fixiert wird. Ein Bohrkopf 274 ist in dem Rahmen für eine Bewegung entlang jeder der zwei Achsen im Allgemeinen parallel zu den X- und Y-Richtungen, wie gezeigt, angebracht. Eine Steuerung 276 ist mit (nicht gezeigten, aber siehe Leser 50 in 3A und 3B) Lesern verbunden, die in Abschnitten des Rahmens eingebaut sind, die sich mit Indexvorrichtungen 30 im Eingriff befinden, um die Identifizierungszeichen von den Indexvorrichtungen zu lesen. Die Steuerung 276 ruft den geeigneten Satz von Arbeitsverfahrensinformationen (z.B. ein numerisches Steuerprogramm oder dergleichen), welches die Werkstückzone entsprechend der Identifizierungszeichen betrifft, ab und steuert die Positionierung und den Betrieb des Bohrkopfs 276, um Löcher, wie durch diese Verfahrensinformationen vorgeschrieben, zu bohren.
24 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, welche im Wesentlichen ähnlich zu der von 23 ist, außer dass der Rahmen 270 anstatt einen Bohrkopf zu halten eine Markierungsvorrichtung 280 hält, welche geeignet ist, Markierungen an dem Werkstück gemäß von der Steuerung 276 abgerufenen Verfahrensinformationen an dem Werkstück anzubringen. Die Markierungsvorrichtung kann zum Beispiel einen Tintenstrahlkopf oder eine Tintenstiftvorrichtung umfassen. Unter Verwendung der Markierungsvorrichtung können genaue Tintenmarkierungen an dem Werkstück für verschiedene Zwecke angebracht werden, welche eine Visionssystemortsangabe und Manövrieren von automatischen Vorrichtungen, Verwenden von Markierungen durch Arbeiter bei der Durchführung von Verfahren, Verwenden der Markierungen für Qualitätsüberwachungszwecke und andere aufweisen, aber nicht darauf beschränkt sind.
25 zeigt ein System gemäß der Erfindung zum Projizieren von Informationen auf ein Werkstück. Ein Problem bei einem Herstellungssystem, welches nicht ein System mit einer ortsfesten Basis ist, ist ein Bereitstellen von Herstellungsblaupausen und anderen Informationen für Arbeiter an den Arbeitsplätzen, welche sich ändern können, während das Werkstück entlang der Herstellungslinie wandert. Die Erfindung behandelt dieses Problem durch Bereitstellen eines Lesers 50, welcher sich im Eingriff mit einer Indexvorrichtung 30 befindet und das Identifizierungszeichen, wie für 3A und 3B beschrieben, liest, und eine Steuerung oder einen anderen Computer 290, welcher mit dem Leser 50 und einem Projektor 300 verbunden ist. Basierend auf dem Identifizierungszeichen, welches von dem Leser gelesen wird, kann der Computer 290 Herstellungsinformation über die Zone des Werkstücks benachbart zu der Indexvorrichtung 30 abrufen und kann bewirken, dass der Projektor 300 derartige Informationen in sichtbarer Form auf dem Werkstück S projiziert. Es ist möglich, den Projektor 300 derart zu positionieren, dass grafische Darstel lungen der Merkmale, welche von dem Projektor projiziert werden, zu einem Maßstab zu bekannten Merkmalen auf dem Werkstück abgeglichen werden. 26 zeigt eine Änderung des Systems der 25, in welcher ein Bildschirm 310, wie zum Beispiel eine CRT-Anzeige oder dergleichen, zum Anzeigen der Herstellungsinformationen verwendet wird. Andere Arten von Anzeigevorrichtungen können auch verwendet werden und mehr als eine Art kann in Verknüpfung verwendet werden.
Fachleuten, die von dieser Erfindung betroffen sind, werden viele Änderungen und andere Ausführungsformen der Erfindung einfallen, welche die Vorteile der dargestellten Lehre in den vorangegangenen Beschreibungen und zugeordneten Zeichnungen besitzen. Zum Beispiel, während die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung ein maschinenlesbares Band oder einen maschinenlesbaren Streifen auf dem Indexteil verwenden, um der Maschinenfunktionseinheit zu ermöglichen, ihre Position relativ zu dem Werkstück zu bestimmen, können andere Positionierungssysteme alternativ für diesen Zweck verwendet werden. Beispiele derartiger Positionierungssysteme weisen Laserpositionierer auf, sind aber nicht darauf beschränkt. Daher ist verständlich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten bestimmten Ausführungsformen beschränkt ist und dass Änderungen und weitere Ausführungsformen auch von dem Umfang der beigefügten Ansprüche mit umfasst sein sollen.

Claims

Herstellungssystem zum Bearbeiten eines Werkstücks, umfassend: ein Indexsystem mit mehreren Indexvorrichtungen (30), welche entfernbar an dem Werkstück an bekannten in Längsrichtung beabstandeten Stellen daran entlang angebracht sind, und ein sich in Längsrichtung erstreckendes Indexteil (60), welches lösbar mit mindestens zwei der Indexvorrichtungen derart in Eingriff ist, dass eine Position und Ausrichtung des Indexteils ortsfest relativ zu dem Werkstück durch die Indexvorrichtungen sind, und eine Maschinenfunktionseinheit (90), welche für eine Längsbewegung entlang der Indexteile angebracht ist und zur Durchführung eines Arbeitsvorgangs ausgestaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Indexteil positionsanzeigende Merkmale daran entlang aufweist; wobei die Maschinenfunktionseinheit ausgestaltet ist, um die positionsanzeigenden Merkmale auf dem Indexteil zu erfassen und dadurch eine Position der Maschinenfunktionseinheit relativ zu dem Werkstück zu bestimmen, wobei jede der Indexvorrichtungen einen daran befestigten maschinenlesbaren Sensor (38) aufweist, wobei der Sensor in jeder Indexvorrichtung Information mit einem für die Indexvorrichtung eindeutigen Identifizierungszeichen speichert, und wobei jedes Indexteil einen Leser (50) aufweist, welcher betriebsfähig ist, die in der Indexvorrichtung gespeicherte Information zu lesen.
Produktionssystem nach Anspruch 1, wobei das Indexteil einen maschinenlesbaren positionsanzeigenden Streifen (80) daran entlang angebracht aufweist, und wobei die Maschinenfunktionseinheit einen Leser (98) zum Lesen des positionsanzeigenden Streifens aufweist, um die Position der Maschinenfunktionseinheit relativ zu dem Werkstück zu bestimmen.
Herstellungssystem nach Anspruch 2, wobei der positionsanzeigende Streifen ein Kodierband umfasst.
Herstellungssystem nach einem der Ansprüche 1–4, wobei das Indexteil und die Maschinenfunktionseinheit zusammenarbeitende Antriebselemente (99) zum Bewegen der Maschinenfunktionseinheit entlang des Indexteils aufweisen.
Herstellungssystem nach einem der Ansprüche 1–4, wobei die relative Bewegung zwischen der Maschinenfunktionseinheit und dem Werkstück durch ein von dem Indexteil unabhängiges Antriebssystem bewirkt wird.
Herstellungssystem nach einem der Ansprüche 1–5, wobei das Indexteil einen ersten Indexarm (66), welcher betätigbar ist, um eine der Indexvorrichtungen in Eingriff zu bringen, und einen zweiten Indexarm (68), welcher betätigbar ist, um eine andere der Indexvorrichtungen in Eingriff zu bringen, so dass die Position des Indexteils relativ zu dem Werkstück durch die Indexvorrichtungen festgelegt ist, aufweist.
Herstellungssystem nach Anspruch 6, wobei der erste Indexarm ortsfest relativ zu dem Indexteil ist und der zweite Indexarm in Längsposition entlang des Indexteils einstellbar ist.
Herstellungssystem nach einem der Ansprüche 1–7, wobei die Maschinenfunktionseinheit einen Bohrer (102) umfasst, welcher an einem Rahmen, schwenkbar entlang des Indexteils ist, angebracht ist.
Herstellungssystem nach Anspruch 8, welches ferner einen automatischen Bohrerwechsler (110) umfasst, der an dem Rahmen angebracht ist und mehrere Bohrwerkzeuge unterstützt, wobei der Bohrerwechsler und der Bohrer zusammenarbeiten, um ein in dem Bohrer gehaltenes Bohrwerkzeug zu wechseln.
Herstellungssystem nach Anspruch 8 oder 9, welches ferner eine Befestigungsmittelbestückungsvorrichtung (104) umfasst, die an dem Rahmen angebracht ist und betätigbar ist, ein Befestigungsmittel in ein von dem Bohrer in das Werkstück gebohrtes Loch einzusetzen.
Herstellungssystem nach Anspruch 10, wobei der Rahmen einen Haltemechanismus (106) aufweist, welcher betätigbar ist, um Teile des Werkstücks, die mit einem Befestigungsmittel verbunden werden sollen, zusammenzuhalten.
Herstellungssystem nach Anspruch 11, wobei der Haltemechanismus betätigbar ist, eine Aufstapeldicke der zusammengehaltenen Teile, durch welche sich die Befestigungsvorrichtung erstrecken muss, zu messen, um die Auswahl eines Befestigungsmittels geeigneter Länge zum Einsetzen in das Loch in dem Werkstück zu ermöglichen.
Herstellungssystem nach einem der Ansprüche 1–12, welches ferner ein Befestigungsmittelanliefersystem mit Befestigungsmitteln unterschiedlicher Längen und Durchmesser und eine Steuerung (118) umfasst, welche mit dem Befestigungsmittelanlieferungssystem verbunden ist und Information von dem Haltemechanismus über die Aufstapeldicke der gehaltenen Teile empfängt, wobei die Steuerung das Befestigungsmittelanliefersystem steuert, um zu bewirken, dass das Befestigungsmittelanliefersystem ein Befestigungsmittel geeigneter Länge und geeignetem Durchmesser der Befestigungsmittelbestückungsvorrichtung zum Einsetzen in das Loch in dem Werkstück anliefert.
Herstellungssystem nach Anspruch 13, wobei die Befestigungsmittelbestückungsvorrichtung eine Nietmaschine zum Einsetzen eines Nietdrahts in das Loch in dem Werkstück und zum Stauchen des Nietdrahts, um eine Niete auszubilden, welche die zusammengehaltenen Teile zusammen verbindet, umfasst.
Herstellungssystem nach Anspruch 14, wobei das Befestigungsmittelanliefersystem einen Nietschneider umfasst, welcher Information über die Aufstapeldicke der zusammengehaltenen Teile empfängt und welcher betätigbar ist, einen Nietdraht auf eine geeignete Nietlänge basierend auf der Aufstapeldicke zu schneiden und den geschnittenen Nietdraht der Nietmaschine anzuliefern.
Herstellungssystem nach Anspruch 14 oder 15, wobei das Befestigungsmittelanliefersystem mehrere Nietschneider umfasst, welche jeweils mit einem Nietdraht eines anderen Durchmessers als der andere (die anderen) Nietschneider versehen sind, wobei die Steuerung betriebsfähig ist, einen der Nietschneider basierend auf einem vorgegebenen Nietdurchmesser für eine gegebene Position an dem Werkstück auszuwählen.
Herstellungssystem nach Anspruch 8–16, wobei der Bohrer um mindestens eine Drehachse drehbar ist, um eine Bohrrichtung entlang derer ein Loch in das Werkstück gebohrt wird zu verändern.
Herstellungssystem nach einem der Ansprüche 1–17, welches mehrere Indexsysteme umfasst, die jeweils eine unterschiedliche daran angebrachte Maschinenfunktionseinheit aufweisen und die jeweils betätigbar sind, die an dem Werkstück angebrachten Indexvorrichtungen in Eingriff zu bringen und außer Eingriff zu bringen.
Herstellungssystem nach einem der Ansprüche 1–18, wobei die Maschinenfunktionseinheit betätigbar ist, eine Längsposition der Maschinenfunktionseinheit entlang dem Indexteil zu bestimmen, wobei das Indexteil in Eingriff mit einer ersten Indexvorrichtung ist und die Maschinenfunktionseinheit in Eingriff mit einer zweiten Indexvorrichtung ist, die in Längsrichtung beabstandet von der ersten Indexvorrichtung ist, und wobei das Herstellungssystem ferner eine Steuerung in Verbindung mit der Maschinenfunktionseinheit umfasst, wobei die Maschinenfunktionseinheit ein Signal zu der Steuerung sendet, welches die Längsposition der Maschinenfunktionseinheit anzeigt, und wobei die Steuerung betätigbar ist, eine Längszunahme des Werkstücks zwischen den ersten und zweiten Indexvorrichtungen basierend auf dem Signal von der Maschinenfunktionseinheit zu bestimmen, wenn die Maschinenfunktionseinheit mit der zweiten Indexvorrichtung in Eingriff ist.