DE69829255T2

DE69829255T2 - Portables Befestigungssystem zum Einsatz bei der Montage von mechanischen Strukturen

Info

Publication number: DE69829255T2
Application number: DE69829255T
Authority: DE
Inventors: David Paul Lake Stevens Banks; Jr. James N. Seattle Buttrick; Charles H. Everett Glaisyer; Darrell D. Mill Creek Jones; Russell C. Redmond McCrum; Philip M. Clinton Wright
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 1997-11-26
Filing date: 1998-11-26
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2018-11-27
Also published as: CN1117642C; CA2254508A1; CA2254508C; EP0917920B2; EP0917920A3; EP0917920A2; DE69829255T3; CN1232730A; EP0917920B1; DE69829255D1

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein portables Bearbeitungssystem und insbesondere ein portables Befestigungssystem zum Einsatz bei der Montage von mechanischen Strukturen.
2. Hintergrund der Erfindung
Herkömmliche Montagetechniken zur Montage von Komponenten, um große mechanische Strukturen einer bestimmten Kontur zu erzeugen, beruhen auf vorgespannten Werkzeugausstattungstechniken, welche Montagevorrichtungen und Vorlagen verwenden, um die Teile korrekt zueinander anzuordnen. Leider ergab dieses Verfahren oft Teile, welche außerhalb einer akzeptablen Toleranz lagen, da Fehler in den Vorlagen oder Veränderungen in der vorgespannten Werkzeugausstattung, welche durch Temperaturänderungen verursacht wurden, auftraten.
Um die Probleme zu lösen, welche bei den herkömmlichen Techniken auftreten, wurde ein System und ein Verfahren zur Montage von Komponenten entwickelt, welche räumliche Beziehungen zwischen Schlüsselmerkmalen von Baugruppen verwendeten, die sich als in die Baugruppen gebohrte Koordinationslöcher darstellen, wobei numerische Datensätze von Teildefinitionen verwendet werden. Die Baugruppen wurden derart hergestellt, dass sie intrinsisch die Abmessungen und die Kontur der Anordnung bestimmen.
Die Verwendung von Schlüsselmerkmalen, um die Abmessungen und die Kontur eines Flugzeugrumpfabschnitts zu bestimmen, ist in 1 dargestellt. Dabei weist eine Außenhaut 20 eine Mehrzahl von Stringern 22 und eine Mehrzahl von Scherverbindungen 24 auf, welche daran genietet sind. Ein Rahmenteil 30 mit einer gebogenen Kontur, welche dieselbe wie die angestrebte Kontur des Flugzeugrumpfes ist, wird dann an die Scherverbindungen 24 und die Stringerhaltevorrichtungen 26 genietet.
Die Stringer 22, die Scherverbindungen 24 und die Stringerhaltevorrichtungen 26 müssen mit äußerster Genauigkeit und Gleichheit an der Rumpfaußenhaut 20 befestigt werden. Eine Genauigkeit bei der Montage von Teilen stellt sicher, dass das Flugzeug perfekt ohne vorbelastete Teile und ohne kosmetische Fehlstellen zusammengesetzt wird.
Anfangs führt ein von einem Computer numerisch gesteuertes (CNC) Bearbeitungswerkzeug Bearbeitungsvorgänge an der Außenhaut 20 durch. Koordinationslöcher werden in die Außenhaut 20 und die Stringer 22 gebohrt. Entsprechend werden auch Koordinationslöcher in die Scherverbindungen 24 und die Stringerhaltevorrichtungen 26 gebohrt. Ein letzter Bearbeitungsvorgang einer Anordnung von Kanten wird durch einen Hochgeschwindigkeitsleitendeffektor durchgeführt, um die Kanten der Rumpfaußenhaut 20 mit den korrekten Abmessungen anzuordnen, wie sie durch die Datenbasis der originalen Teildefinitionen spezifiziert sind, indem die Kanten der Außenhaut genau relativ zu den Koordinationslöchern in der Außenhaut angeordnet werden.
Die Stringer 22 werden durch ihre ausgerichteten Koordinationslöcher an der Außenhaut 20 angeheftet. Dann werden die Scherverbindungen 24 und die Stringer 22 gebohrt und an die Außenhaut 20 genietet. Die Stringerhaltevorrichtungen 26 werden an der richtigen Stelle eingeführt und an dieser Stelle gehalten, während gebohrt und genietet wird, um eine Platte 34 auszubilden.
Die Außenhaut 20 weist auch eine Reihe von Koordinationslöchern 32 von Platte zu Platte auf, welche entlang der Kante der Außenhaut 20 gebohrt sind. Die Koordinationslöcher 32 von Platte zu Platte werden verwendet, um die Platten 34 relativ zueinander anzuordnen. Die Platten 34 sind noch relativ nachgiebig, so dass die endgültige Konfiguration durch die Teile und ihre angepassten Koordinationslöcher bestimmt wird.
Die Koordinationslöcher 32 von Platte zu Platte werden auf benachbarte Löcher ausgerichtet, und ein Dichtungsmittel wird zwischen den sich gegenüberliegenden Oberflächen der Plattenkanten aufgebracht. Die Platten 34 sind derart ausgerichtet, dass die Koordinationslöcher 32 von Platte zu Platte auf benachbarten Platten 34 genau ausgerichtet sind und die zwei Platten an ihren benachbarten Kanten durch temporäre Cleco-Befestigungsmittel durch die Koordinationslöcher befestigt werden. Die Platten werden dann gebohrt und genietet, um sie dauerhaft zusammen zu befestigen, um eine Superplatte 36 auszubilden.
Die Koordinationslöcher werden in die Rahmen 30 gebohrt und mit den Koordinationslöchern in den Stringerhaltevorrichtungen 26 ausgerichtet. Die Rahmen 30 werden befestigt und ihre Ausrichtung bestimmt die Kontur der Superplatte 36. Somit ist die Kontur unabhängig von irgendwelchen Werkzeugen. Wenn die Superplatte 36 einmal ausgebildet ist, werden die temporären Cleco-Befestigungsmittel, welche die Teile in Position halten, durch dauerhafte Befestigungsmittel ersetzt.
Die Superplatten 36 werden temporär befestigt, wobei die Koordinationslöcher 32 von Platte zu Platte verwendet werden, um die Rumpfviertelplatten auszubilden, welche wiederum temporär befestigt werden, um einen Unterdeckrumpf 38A und einen Oberdeckrumpf 38b auszubilden, wie es in 2A und 2B dargestellt ist. Ein Bodenraster 40 ist mit dem Unterdeck 38A ausgerichtet, wobei Koordinationslöcher verwendet werden, und ist an Ort und Stelle befestigt. Die Spannvorrichtung 44 bestimmt nicht die Kontur oder die Abmessungen des Rumpfes. Stattdessen bestimmen Koordinationslöcher, welche in das Bodenraster 40 gebohrt sind, die Querschnittsabmessungen des Rumpfes 42.
Wenn die Rahmenteile 30 und die Koordinationslöcher 46 der Deckaußenhaut alle ausgerichtet und temporär mit Cleco-Befestigungsmitteln befestigt sind, werden sie gebohrt, um den endgültigen Rumpfabschnitt 42 auszubilden, wie es in 2B dargestellt ist. Der Rumpfabschnitt 42 wird dann demontiert, entgratet, gesäubert und ein Dichtungsmittel wird hinzugefügt.
Nach dem Abdichten wird jede Superplatte 36 wieder ausgerichtet, wobei die Koordinationslöcher verwendet werden. Der Überlappungsabschnitt der Platten 36, eine Überlappung bzw. Überlappungsverbindung 48, ist in 2B und 2C darge stellt. Jede Überlappungsverbindung 48 weist eine Mehrzahl von Spalten auf, wobei jede der Spalten 50 3 Reihen von Nieten 52A–C besitzt. Zwei Niete der Reihen 52A und 52C sind für Nieten, welche ein Absenken wie auch ein Bohren erfordern.
Die Superplatten 36 können durch eine Montagevorrichtung befestigt werden, um eine Viertelplatte auszubilden, wie es z.B. in dem US-Patent Nr. 4,662,556 (dem '556-Patent) beschrieben ist. Die Vorrichtung, welche in dem '556-Patent beschrieben ist, bewegt jedoch eine Arbeitseinheit entlang eines Leitbalkens, welcher durch zwei riesige bogenförmige Träger gehalten wird, und kann aufgrund seiner Größe und seines Entwurfs nicht eingesetzt werden, um den Unterdeckrumpf oder den Oberdeckrumpf 38A bzw. 38B auszubilden. Einfach gesagt, würde die in dem '556-Patent beschriebene Einheit oder irgendeine Variation davon nicht in die Deckrümpfe 38A und 38B und sicherlich nicht in die Rumpfanordnung 42 passen. Versuche, die Montagevorrichtung, welche in dem' 556-Patent diskutiert wird, weiter zu entwickeln, um größere Abschnitte der Rumpfanordnung 42 zu bearbeiten, sind wegen schwerwiegender Probleme mit Vibrationen fehlgeschlagen, welche den richtigen Sitz der Befestigungsmittel, wie z.B. von Niete, negativ beeinflussen. Darüber hinaus ist die in dem '556-Patent diskutierte Vorrichtung nicht anpassungsfähig und erfordert eine teure und schwere Haltestruktur.
Zurzeit werden die Viertelrumpfplatten 36 und das Unter- und Oberdeck 38A und 38B und die endgültige Rumpfanordnung 42 wieder in Stellung geheftet, nachdem sie gefeilt, gesäubert und abgedichtet worden sind. Dann werden die Platten 36 von Hand zusammengenietet, wobei eine Person auf einer Plattform (nicht dargestellt) außerhalb des Rumpfes steht, eine Nietbefestigungsvorrichtung einführt und dann pneumatisch antreibt, während eine andere Person innerhalb des Rumpfes steht, einen großen Gegenhaltestab gegen einen Nietschaft drückt und ihn an Ort und Stelle hält, indem er mit seiner Schulter gegen den Gegenhaltestab lehnt. Offensichtlich birgt ein solches Verfahren ein Verletzungsrisiko. Darüber hinaus führt das manuelle Verfahren zu Nieten, welche ungleichmäßig verformt sind, schlecht sitzen oder zu dicht an einer Kante der Überlappungsverbindung 48 genietet sind.
Unglücklicherweise ist das manuelle Verfahren gefährlich, zeitaufwändig, teuer und führt oft zu einer teuren Nacharbeit. Folglich gibt es nach dem Stand der Technik ein Bedürfnis nach einem Befestigungssystem, welches die Herstellung beschleunigt, die Genauigkeit des Nietens und des Bohrens sicherstellt, den erforderlichen Schritt einer Demontage des gesamten Rumpfes, um ihn zu entgraten, zu reinigen und abzudichten, vermeidet und innerhalb der endgültigen Rumpfanordnung 42 betrieben werden kann.
Von dem britischen Patent Nr. 839 ist eine portable hydraulische Nietvorrichtung zum Nieten eines Rumpfes eines Schiffes oder eines Kessels einer Dampfmaschine bekannt. Diese Portable hydraulische Nietvorrichtung umfasst einen Nietblock auf der Innenseite des Rumpfes oder des Kessels und ein Nietwerkzeug oder eine hydraulische Ramme auf der Außenseite des Rumpfes oder des Kessels. Diese zwei Teile sind wechselseitig mittels Verbindungsbolzen zum Zweck einer Konstruktion und wechselseitigen Koordination verbunden. Diese Bolzen erstrecken sich durch Löcher in dem Rumpf oder in dem Kessel.
Ein Nachteil einer solchen portablen hydraulischen Nietvorrichtung ist das Erfordernis nach einer gegenseitigen Verbindung zwischen den zwei zusammenarbeitenden Teilen der Nietvorrichtung.
Um das Erfordernis nach einer gegenseitigen Verbindung zu vermeiden, stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung nach Anspruch 1 bereit.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die folgenden beigefügten Zeichnungen verständlicher, wobei gilt:
1 ist eine Perspektivansicht einer montierten Superplatte nach dem Stand der Technik, wobei eine Außenhaut, Stringer, Scherverbindungen, Stringerhaltevorrichtungen und Rahmenteile dargestellt sind;
2A ist eine Perspektivansicht eines Rumpfes des Unterdecks nach dem Stand der Technik, wobei ein Bodenraster dargestellt ist;
2B ist eine Perspektivansicht eines vollständig zusammengebauten Rumpfabschnittes nach dem Stand der Technik;
2C ist eine Draufsicht einer Außenhautüberlappungsverbindung zwischen zwei Superplatten nach dem Stand der Technik;
3 ist eine Seitenansicht eines Mininietsystems gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform;
4A ist eine Seitenansicht eines Indexstifts des Mininietsystems;
4B ist eine Vorderansicht des Indexstiftes;
4C ist eine Vorderansicht eines reflektierenden Kopfes des Indexstiftes;
5 ist eine Perspektivansicht von Außenführungsschienen und einem Außenendeffektorhilfssystem des Mininietsystems;
6 ist eine schematische Darstellung einer Mehrzahl von Vakuumgeneratoren der Außenführungsschienen;
7 ist eine Draufsicht eines Kontaktabschnitts einschließlich Vakuumabdichtungen der primären Führungsschienen der Außenführungsschienen;
8A ist eine Perspektivansicht des Außenendeffektors von oben links;
8B ist eine Perspektivansicht des Außenendeffektors von unten links;
8C ist eine Perspektivansicht des Außenendeffektors von oben rechts;
8D ist eine Perspektivansicht des Außenendeffektors von unten rechts;
8E ist eine Perspektivansicht des Bodens des Außenendeffektors;
9A ist eine Perspektivansicht einer Druckfußhilfsanordnung des Außenendeffektors;
9B ist eine Seitenansicht eines Rahmens und eines Mittelgestänges der Druckfußhilfsanordnung;
10A ist eine Ansicht eines Befestigungsmittelzufuhrfingers des Außenendeffektors von unten;
10B ist eine Seitenansicht des Befestigungsmittelzufuhrfingers des Außenendeffektors;
11 ist eine Perspektivansicht des Innenendeffektors und von Innenführungsschienen des Mininietsystems;
12A ist eine Perspektivansicht des Innenendeffektors;
12B ist eine Perspektivansicht des Innenendeffektors von unten;
13A–13C sind Seitenansichten eines Nietvorsprungsensors des Innenendeffektors, wobei gilt:
13A stellt einen Gegenhaltestab in einer Anfangshaltung dar;
13B stellt einen Gegenhaltestab kurz vor einer Verformung dar;
13C stellt einen Gegenhaltestab, welcher auf einem Knopf nach Beendigung eines Befestigungszyklus aufsitzt, dar;
14A ist eine Perspektivansicht eines geradlinigen Gegenhaltestabes;
14B ist eine Perspektivansicht eines linken Gegenhaltestabes;
14C ist eine Perspektivansicht eines rechten Gegenhaltestabes;
14D ist eine Seitenansicht eines linken Gegenhaltestabes, welcher zwischen einer Überlappungsverbindung und einem Stringer eingeführt ist;
15 ist eine Perspektivansicht eines Systemwagens einschließlich eines Steuersystems des Mininietsystems;
16 ist ein Flussdiagramm, welches den Hauptbetriebsablauf, welcher von einer Zentraleinheit (CPU) des Steuersystems implementiert ist, darstellt;
17 ist ein Flussdiagramm, welches ein Unterprogramm zum Klemmen und Bohren darstellt, welches durch den Betriebsablauf aufgerufen wird; und
18 ist ein Flussdiagramm, welches ein Befestigungsunterprogramm darstellt, welches durch das Arbeitsprogramm aufgerufen wird.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Definitionen:

Zelle: Die strukturelle Anordnung, welche den Körper eines Flugzeuges ohne Flügel oder horizontale und vertikale Stabilisatoren umfasst;
Boelube: Cetylalkohol, ein nicht toxisches Schmiermittel, welches zum Schneiden von Metall verwendet wird;
Gegenhaltestab: Ein Metallwerkzeug, welches verwendet wird, um den Schaft eines Niets während des Nietverfahrens in einen getriebenen Knopf abzuflachen. Der Gegenhaltestab wird als ein Amboss verwendet, um gegen die Kräfte zu wirken, mit welchen der Niet mit einer Nietmaschine eingetrieben wird, wodurch der Niet verformt wird;
Festklemmen: Das Zusammenhalten von zwei oder mehr Stücken der Zelle, so dass keine Zwischenräume zwischen den Hauptoberflächen auftreten; die Fähigkeit, Werkstücke zusammenzuhalten;
Absenkungstiefe: Tiefe einer Absenkung in einem Befestigungsmittelloch;
Absenken: Bearbeiten eines konischen Loches, welches koaxial zu einem Durchgangsloch ist, um einen Befestigungsmittelkopf aufzunehmen, so dass er bündig mit dem das Loch umgebenden Material ist (d.h. dieselbe Höhe wie das das Loch umgebende Material aufweist);
Haltezeit: Ein Zeitintervall, welches als Anteil eines normalen Befestigungsvorgangs verstreichen darf: z.B. zum Ausquetschen eines Dichtungsmittels, zum Aufrechterhalten einer Energiezufuhr zu der Nietmaschine während eines Nietvorgangs, usw.
Endeffektor: Eine Werkzeugpositioniervorrichtung mit montierten Modulen;
E-Stop: (Nothalt): Ein Software unabhängiges Haltesignal, welches bewirkt, dass das System sofort nach der Aktivierung angehalten wird;
Störungssicher: Umfassen einiger Merkmale, um automatisch der Auswirkung einer vorherzusehenden möglichen Fehlerquelle entgegenzuwirken; keine Möglichkeit eines Fehlers aufweisend; unfehlbar, ohne Probleme;
Befestigungsmittel: Der allgemeine Ausdruck, welcher verwendet wird, um Nieten und Bolzen zu beschreiben;
Transportstopp: Ein Software gesteuerter Halt des Systems an irgendeinem Punkt bei dem Verfahren; (die Leistungszufuhr zu Motoren und Antrieben sollte nicht unterbrochen werden müssen.)
Überlappungsverbindung: Ein Bereich einer Überlappung zwischen zwei zu befestigenden Platten, wobei Spalten von Nieten entlang einer Länge der Überlappungsverbindung und Reihen von Nieten entlang der Breite der Überlappungsverbindung angebracht sind.
Maschinensteuerdaten (MCD): Das Programm, welches in die Steuerung geladen wird und den Betrieb der MRS leitet, um das Überlappungsbefestigungsverfahren durchzuführen;
Modal: Betriebsarten der numerischen Steuerung (N/C), welche für alle nachfolgenden Vorgänge in einem Betriebszustand beibehalten (gehalten) werden, bis sie durch einen anderen N/C-Befehl verändert werden;
Modul: Eine unabhängige betriebsfähige Einheit, welche Teil des Gesamtsystems ist. Beispiele sind das Bohr-/Absenkungs-Modul, das Niettreib- und Zufuhrmodul;
Rc (Rockwell "C"): Standardverfahren zum Messen und Kennzeichnen der Härte von Metallen;
Niet: Ein Metallbolzen oder Metallstift, welcher verwendet wird, um zwei oder mehr Objekte zu verbinden, indem er durch ein Loch in jedem Objekt eingeführt und dann an dem schmalen
Ende gehämmert wird, um einen anderen Kopf (oder Knopf) auszubilden;
Abdichtung: Ein haltbares, wasserdichtes Material, welches auf ausgewählte Anordnungen aufgetragen wird, um zu verhin dern, dass Wasser eindringt und diese Anordnungen korrodieren;
Softwareprogrammcode: Die editierbaren Softwareskripten, welche ein Softwareentwickler für eine Computeranwendung schreibt;
Nicht zu verlassende Hülle: Eine imaginäre Hülle, über welche sich das System, wenn es auf den auf einer Zelle montierten Führungsschienen montiert ist, nicht hinaus erstrecken darf;
Wirbelmarkierungen: Markierungen in der Oberfläche eines zu bohrenden Materials, welche konzentrisch mit dem Loch sind. Das ausgeschnittene Material, welches aus dem Loch herausgedrängt wird, verursacht die Wirbelmarkierungen; und
Werkstück, Komponente, Platte: Zelle oder irgendeine Struktur oder ein Teil, an welchen das System Elemente des Befestigungsverfahrens ausführt.

Mininietsystem
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mininietsystem, welches in der Lage ist, zwei Platten an einer Überlappungsverbindung schnell und genau zu befestigen, ohne eine große lästige Maschinerie zu verwenden.
Wie in 3 dargestellt ist, weist das Mininietsystem 100 Außenführungsschienen 102, welche durch eine äußere Oberfläche der überlappenden Platten 110 gehalten werden und darauf angeordnet sind, und ein Außenendeffektorhilfssystem 104 auf, welches entlang der Außenführungsschienen 102 bewegbar ist, um die Platten 110 festzuklemmen, die Platten 110 zu bohren und eine Absenkung vorzunehmen, Befestigungsmittel zuzuführen und in die Platten 110 einzuführen und einen Niet zu treiben, um die Platten 110 zu befestigen. Das Mininietsystem 100 weist auch Innenführungsschienen 106, welche durch eine innere Oberfläche der Platten 110 gehalten werden und darauf angeordnet sind, und ein Innenendeffektorhilfssystem 108 auf, welches entlang der Innenführungsschienen 106 bewegbar ist, um die Platten 110 festzuklemmen und gegen einen Niet zu halten, um die Platten zu befestigen, auch wenn das Befestigungsmittel durch eine Einrichtung, welche an einer der Platten 110 angebracht ist, behindert wird.
Das Mininietsystem 100 ist einfach auf einem Steuersystemwagen 112 zu transportieren, wie es in 15 dargestellt ist, welcher ein Steuersystem 114 trägt. Das System 100 kann schnell auf zwei Platten 110 angebracht werden, ohne dass spezielle Werkzeuge erforderlich sind. Darüber hinaus ist das System 100 kompakt genug, dass es einfach aufgebaut und um die Innenseite und Außenseite eines Rahmenzellenabschnitts herum bewegt werden kann. Schließlich ist das System 100 flexibel genug, um individuelle Platten, Kombinationen von Platten, Untergruppen eines Zellenrumpfes oder einen gesamten Zellenrumpf zu befestigen.
Der Außenendeffektor 104 und der Innenendeffektor 108, welche in 3 dargestellt sind, drücken einen Abschnitt einer Überlappungsverbindung 116, welche durch zwei Platten 110 ausgebildet ist, lokal nieder, ohne andere in der Nähe stattfindende Vorgänge negativ zu beeinflussen. Darüber hinaus ver hindert der lokale Druck, welcher sich während des Niederdrückens ausbreitet, ein Abgraten und verhindert, dass Späne zwischen die Überlappungsverbindung 116 fallen. Daher ermöglicht der lokale Druck, dass die Schritte des Abdichtens und Bohrens der Überlappungsverbindung 116 dem Schritt der Befestigung der Überlappungsverbindung 116 sofort folgen. Dieses schnelle Verfahren ersetzt das vorhergehende Verfahren eines Entfernens von Bohrkomponenten, eines Feilens von ihnen, eines Säuberns von ihnen, eines Abdichtens von ihnen und eines wieder Anheftens und Ausrichtens von ihnen und dann eines zusammen Befestigens der Platten an der Überlappungsverbindung 116.
Das System 100 bietet auch einen hohen Grad an Modularität, ermöglicht einen schnellen und einfachen Austausch von Bohrern, Absenkungsvorrichtungen, Nietmaschinen und Gegenhaltestäben. Diese Anordnung sorgt für einen hohen Grad an Flexibilität und ermöglicht dem System, dass es einen hohen Prozentsatz von Befestigungsaufgaben, welche bei einer Zelle erforderlich sind, beinhaltet.
Die geringe Größe und das geringe Gewicht des Mininietsystems 100 sind ideal für eine Befestigung in Serie, wobei mehrere Versionen des Systems 100 an verschiedenen Stellen entlang einer größeren mechanischen Struktur, wie z.B. einer Zelle, angebracht sind, um gleichzeitige Vorgänge auf der selben Überlappungsverbindung durchzuführen oder um gleichzeitige Vorgänge auf verschiedenen Überlappungsverbindungen der Struktur/des Zellenrumpfes durchzuführen. Diese Fähigkeit des Systems 100 verbessert die Herstellungsgeschwindigkeit bei einem Flugzeugrumpf wesentlich.
Anders als Befestigungsvorrichtungen nach dem Stand der Technik, welche ihre Koordinatensysteme auf einer Spannvorrichtung ausrichten oder darauf zielen, ist das Mininietsystem 100 in der Lage, sich auf die Koordinationslöcher auszurichten, welche verwendet werden, um die zwei Platten 110 auszurichten. Die Verwendung der Koordinationslöcher, um den Innenendeffektor 104 und den Außenendeffektor 108 auszurichten, erhöht die Genauigkeit beider Endeffektoren, und indem der Innenendeffektor bzw. der Außenendeffektor 104 bzw. 108 an jedem der Koordinationslöcher entlang einer Überlappungsverbindung 116 wieder ausgerichtet wird, wird eine Abweichung aufgrund einer thermischen Veränderung oder einer von einem Befestigungsmittel verursachten Entwicklung minimiert.
Direktindexstifte:
Das Mininietsystem 100 richtet sich auf dieselben Koordinationslöcher aus oder zielt auf diese, welche verwendet werden, um die überlappenden Platten 110 an der Überlappungsverbindung 116 auszurichten. Um dies zu bewerkstelligen werden Direktindexstifte 120, wie es in 4A–4C dargestellt ist, in den Koordinationslöchern an der Überlappungsverbindung 116 angebracht. Die Direktindexstifte 120 weisen einen hervorragenden Teil 122 auf, welcher einen Gewindeschaft, welcher fest in die Koordinationslöcher passt, wie auch einen Abschnitt besitzt, welcher sich von der äußeren Oberfläche der Überlappungsverbindung 116 erstreckt, und einen äußeren Rand 124, welcher verwendet wird, um die Außenführungsschienen auszurichten, und eine Vertiefung 125 besitzt, welche verwendet wird, um den Außenendeffektor 104 auszurichten. Die Direktindexstifte 120 weisen auch einen reflektierenden Kopf 126 auf, welcher sich mittels eines Gewindes mit dem Schaft des hervorragenden Teiles 122 in Eingriff befindet. Der reflektierende Kopf 126, welcher sich von der inneren Oberfläche der Überlappungsverbindung 116 nach außen erstreckt, weist ein reflektierendes Quadrat 128 auf, welches verwendet wird, um den Innenendeffektor 108 auszurichten. Das reflektierende Quadrat weist eine Breite w parallel zu der Länge der Überlappungsverbindung 116 auf.
Das Mininietsystem 100 ermittelt relativ zu den Indexstiften 120, welche in der Überlappungsverbindung 116 angebracht sind, ein Positionsreferenzkoordinatensystem. Die Verwendung der Indexstifte 120 erlaubt den Aufbau von lokalen Koordinatenpunkten, um sowohl den Außenendeffektor 104 als auch den Innenendeffektor 108 wieder auszurichten. Indem die Endeffektoren periodisch wieder ausgerichtet werden, ist die Wahrscheinlichkeit einer ungeeigneten Anordnung von Löchern und Befestigungsmitteln aufgrund einer Entwicklung oder Störung entlang der Überlappungsverbindung 116 deutlich verringert. Es besteht auch durch das Ausrichten auf den Koordinationslöchern kein Bedarf nach einer Spannvorrichtung, um die Endeffektoren auszurichten. Die Verwendung einer Spannvorrichtung, würde die allgemeinen Vorteile, welche durch das Ausrichten der Komponenten mit den Koordinationslöchern erzielt werden, verringern.
Außenführungsschienen:
Die Außenführungsschienen 102, welche in 5 dargestellt sind, weisen eine primäre Schiene 130, eine sekundäre Schiene 132 und eine Mehrzahl von Schienenverbindungen 134A–134C auf. Die Schienenverbindungen 134A–134C sind jeweils mit dem Keil 122 eines der Indexstifte 120 ausgerichtet. Dann werden die Schienenverbindungen 134 mit der primären und sekundären Schiene 130 und 132 gekoppelt und verwendet, um die primäre und die sekundäre Schiene 130 und 132 mit der Überlappungsverbindung 116 auszurichten.
Die primäre Schiene 130 bzw. die sekundäre Schiene 132 hat jeweils einen Rohrabschnitt 135A bzw. 135B für einen gleitbaren Eingriff mit dem Außenendeffektor 104 wie auch entsprechende erste und zweite Kontaktstandflächen 136A und 136B für einen Kontakt mit der Überlappungsverbindung 116. Die Rohrabschnitte 135A und 135B sind mechanisch mit ihren entsprechenden Kontaktstandflächen 136A und 136B gekoppelt.
Die Standflächen 136A und 136B weisen jede eine Mehrzahl von Ansätzen 138A–138F auf, wobei sich jeder zu der Überlappungsverbindung 116 hin erstreckt. Jeder der Ansätze 138A–F weist ein Gewindeloch 140 auf, welches verwendet wird, um die Schiene mit einem ihrer entsprechenden Schienenverbindungen 134A–C auszurichten.
Vakuumsystem:
Die Kontaktstandflächen 136A und 136B, welche in 5 dargestellt sind, weisen ein Vakuumsystem mit einer Mehrzahl von Vakuumgeneratoren 144A–F auf. 6 ist eine schematische Darstellung der Vakuumgeneratoren 144A–144C für die primäre Kontaktstandfläche 136A, wobei jeder der Generatoren 144A–144C eine entsprechende Vakuumpumpe 146A–146C, ein entspre chendes Vakuummessinstrument 148A–148C und einen Vakuumschalter 150A–150C aufweist. Die Vakuumgeneratoren 144A–144C sind vorzugsweise PIAB^TM-Generatoren (Teilenr. X 10). Jeder der Vakuumgeneratoren 144A–144C steht in pneumatischer Verbindung mit entsprechenden Gummidichtungsvakuumauflagen 152A–152C, welche in 7 dargestellt sind und welche auf einer Seite der Kontaktstandflächen 136A benachbart zu den Platten 110, welche die Überlappungsverbindung 116 ausbilden, angeordnet sind. Die sekundäre Kontaktstandfläche 136B weist identische Vakuumpumpen 146D–146F, Vakuummessinstrumente 148D–148F und Vakuumschalter 150D–150F wie auch Vakuumauflagen 152D–152F auf.
Die Rohrabschnitte 135A und 135B sind hohl und befördern einen unter Druck stehenden Luftstrom von ungefähr 130–145kPa (90–100psi). Die Luft wird von den Rohrabschnitten 135A bzw. 135B über Luftabgriffe (nicht dargestellt) zu den Vakuumgeneratoren 144A–144C bzw. 144D–144F der primären bzw. sekundären Standfläche 136A bzw. 136B zugeführt. Der positive Luftdruck, welcher durch die Rohrabschnitte 135A und 135B zugeführt wird, dehnt sich in einer oder mehreren Öffnungen von Auslassdüsen (nicht dargestellt) der Vakuumgeneratoren 144A–144F aus, wodurch der Druck und die Wärmeenergie in Bewegungsenergie umgesetzt wird. Der komprimierte Luftstrom erhöht eine Geschwindigkeit schnell, während die Temperatur der unter Druck stehenden Luft abnimmt, wobei eine hohe Vakuumströmung herbeigeführt wird, wodurch ein Vakuum auf einer Ansaugseite der Vakuumpumpen 146A–146F erzeugt wird. Sowohl die primäre Schiene 130 als auch die sekundäre Schiene 132 sind in derselben Weise verbunden und werden in derselben Weise betrieben, wobei die Vakuumgeneratoren 144A–144F ein Vakuum in entsprechenden Vakuumauflagen 152A–152F erzeugen. Die Vakuumauflagen sind voneinander isoliert, so dass, wenn sich eine der Auflagen 152A–152F löst, das Vakuum in den verbleibenden Auflagen nicht beeinflusst wird.
Wie in 6 dargestellt ist, weist jeder der Vakuumgeneratoren 144A–144F eine pneumatische Logikschaltung mit drei AND-Gattern 154A–154C und drei Vakuumschaltern 150A–150C auf. Die Logikschaltung verifiziert, dass ein Vakuum durch einen bestimmten Vakuumgenerator erzeugt worden ist. Wenn die Vakuumauflagen 152A–152F ein akzeptables Vakuumniveau erreicht haben, kreiert und sendet die pneumatische Logikschaltung ein Signal, dass ein Vakuum vorhanden ist, zu dem nächsten Vakuumgenerator 144. Jede Logikschaltung verknüpft mittels "AND" das vorherige Vakuumsignal mit dem momentanen Vakuumsignal und sendet es zu dem nächsten Vakuumgenerator 144. Das Verfahren wird wiederholt, bis die gesamte Schiene überprüft worden ist und das sich ergebende Signal zu der CPU 398 zur Verarbeitung gesendet ist, was zu einer Warnanzeige oder zu einer E-Halt-Systemabschaltung führt.
Das durch die Vakuumgeneratoren 144A–144F aufgebrachte Vakuum muss ausreichend groß sein, um die Außenführungsschienen 102 mit der Überlappungsverbindung 116 zu koppeln, während es den Außenendeffektor 104 hält, wie es in 5 dargestellt ist. Die Kopplungskraft bezüglich der Platten 110, welche die Überlappungsverbindung 116 bilden, muss für die Außenschienen 102 ausreichend groß sein, um eine Kraft von bis zu 3000N (700 lbs.) zu übertragen, welche durch den Außenendeffektor 104 während Befestigungsvorgängen auf die Platten 110 ausgeübt wird.
Das Vakuumsystem ermöglicht, dass die Außenführungsschienen 102 vollständig gehalten werden, ohne eine Haltespannvorrichtung zu benötigen. Dies ermöglicht, dass das System 100 an irgendein zu bearbeitendes Teil gebracht wird, auch wenn sich eine Verbindung in einem ungelegenen Bereich befindet, welchem keine vorspannende oder große automatisierte Maschinerie zugeführt werden könnte. Da die Außenschienen 102 mittels Vakuum mit der Überlappungsverbindung 116 gekoppelt sind, folgen die Außenschienen 102 auch der Kontur der Platten, welche die Verbindung ausmachen, wobei der Außenendeffektor relativ senkrecht dazu gehalten wird. Da die Vakuumauflagen 152A–152F aus Neopren oder Gummi hergestellt sind, werden darüber hinaus die Platten während der Befestigungsvorgänge nicht beschädigt.
Die entfernbaren Schienenverbindungen 134A–134C weisen Aufnahmen 156A–156C auf, um einen Keil 122 eines entsprechenden Indexstifts 120 in Eingriff zu bringen. Wenn sich einmal eine der Aufnahmen 156A–156C mit dem Keil in Eingriff befindet, positioniert sie die Schienenverbindung 134 an geeigneten x-, y-Koordinaten relativ zu der Überlappungsverbindung 116. Wie in 5 dargestellt ist, weist die Schienenverbindung 134B, wie jede der Schienenverbindungen 134A–134C, zwei per Hand festgezogene Bolzen 158A und 158B auf, welche sich mittels Gewinde mit den Gewindelöchern 140 in den Ansätzen 138B und 138E der primären Schiene 130 bzw. der sekundären Schiene 132 in Eingriff befinden. Die Bolzen 158A und 158B ordnen die primäre Schiene 130 und die sekundäre Schiene 132 geeignet entlang der X-Achse an. Wenn sich einmal entsprechende Bolzen von einer anderen Schiene mit ihren ent sprechenden Ansätzen in Eingriff befinden, sind die primäre Schiene 130 und die sekundäre Schiene 132 auch entlang der y-Achse ausgerichtet.
Die Anordnung der Außenführungsschienen 102 erlaubt, dass sie vollständig durch die Platten 110, welche die Überlappungsverbindung 116 bilden, gehalten werden, wobei die Koordinationslöcher 142 als Referenzpunkte verwendet werden. Die Schienenverbindungen 134A–134C sind mit ihren entsprechenden Koordinationslöchern ausgerichtet, wobei der Keil 122 des Indexstifts 120 verwendet wird. Die Schienenverbindungen 134A–134C werden dann an der primären Schiene 130 und der sekundären Schiene 132 befestigt, wobei Einrichtungen, d.h. die Koordinationslöcher, der Platten 110 als die einzigen Ausrichtungsmittel der Außenschienen 102 zu der Überlappungsverbindung 116 verwendet werden. Danach wird das Vakuum aufgebracht, was bewirkt, dass die Außenschienen 102 und der Außenendeffektor 104 vollständig durch die Platten 110, welche die Überlappungsverbindung 116 bilden, gehalten werden.
Außenendeffektorhilfssystem
Das Außenendeffektorhilfssystem 104 weist, wie es in 8A–8E dargestellt ist, eine Außenendeffektoreingriffsanordnung auf, um den Außenendeffektor 104 anzuheben und damit sich der Außenendeffektor 104 gleitend auf den Außenschienen 102 in Eingriff befindet. Der Außenendeffektor 104 weist auch eine Außenwerkzeugpositionierungsanordnung auf, um modulare Komponenten, wie Bohrer und Befestigungsmittel, relativ zu den Indexstiften 120 anzuordnen. Die Außenwerkzeugpositionierungsanordnung weist eine äußere Positionserfassungshilfsan ordnung auf, um die Indexstiften 120 zu erfassen und die von dem Außenendeffektor 104 von der letzten Ausgangsposition zurückgelegte Entfernung zu messen. Die Außenwerkzeugpositionierungsanordnung weist auch eine Außenendeffektorantriebshilfsanordnung, um den Außenendeffektor 104 entlang der x-Achse auf den Außenführungsschienen 102 zu bewegen, und eine Druckfußhilfsanordnung 236 auf, um die Überlappungsverbindung an dem Bereich, an welchem ein Befestigungsvorgang stattfinden soll, festzuklemmen. Der Außenendeffektor 104 weist darüber hinaus eine Modulbewegungshilfsanordnung 250 auf, um ein Bohr/Absenkungsmodul und ein Niettreib/Befestigungsmittelzufuhrmodul anzuordnen.
Außenendeffektoreingriffsanordnung:
Die Außenendeffektoreingriffsanordnung weist, wie in 8A und 8D dargestellt ist, einen primären Griff 200 und einen sekundären Griff 202 auf, welche von einer Bedienperson verwendet werden, um den Außenendeffektor 104 auf die primäre Schiene 130 und die sekundäre Schiene 132 zu heben.
Die Außeneingriffsanordnung weist auch ein primäres Greifertragesystem 204 und ein sekundäres Greifertragesystem 206 auf, wie es in 8D dargestellt ist, damit der Außenendeffektor 104 irgendwo entlang der Länge, d.h. der x-Achse, der Außenführungsschienen 102 angebracht oder davon entfernt werden kann. Ein primärer Schwenkarm 208 des primären Tragesystems 204 wird auf der primären Schiene 130 durch einen primären Druckluftzylinder bzw. Luftzylinder 212 geöffnet oder geschlossen, wie es in 8D dargestellt ist. Auf dieselbe Weise wird ein zweiter Schwenkarm 210 des zweiten Tragesystems 206 auf der sekundären Schiene 132 durch einen sekundären Druckluftzylinder 214 geöffnet oder geschlossen, wie es in 8C dargestellt ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann der primäre und der sekundäre Schwenkarm 208 und 210 geschlossen verriegelt werden, um zu verhindern, dass der Außenendeffektor 104 von den Außenführungsschienen 102 fällt, wenn die Einheit einen Druckluftverlust erfährt. Dies wird bewerkstelligt, indem ein Verriegelungsdruckluftzylinder (nicht dargestellt) verwendet wird, um einen Werkzeugstift (nicht dargestellt) durch den primären bzw. sekundären Arm 208 bzw. 210 und den Hauptkörper 216 des Außenendeffektors 104 zu bewegen. Der Werkzeugstift verhindert ein Öffnen der Schwenkarme, wenn ein Druckverlust auftritt. Ein optionaler Druckknopf (nicht dargestellt), welcher auf dem Hauptkörper angeordnet ist, ermöglicht der Bedienperson, den Verriegelungsdruckluftzylinder auf Wunsch zu bedienen.
Außenendeffektor-Werkzeugpositionierungsanordnung:
Außenpositionserfassungshilfsanordnung:
Die Außenpositionserfassungshilfsanordnung weist, wie in 8A dargestellt ist, einen Ausgangspositionssensor 218 und einen Endaußenpositionsencoder 220 auf.
Der Ausgangspositionssensor 218, welcher in 8A dargestellt ist, ist vorzugsweise ein Annäherungssensor. Wenn es durch die CPU 398 angefordert wird, erfasst der Ausgangsposi tionssensor 218 die Aussparung 125 innerhalb des Keils 122 des ausgewählten Indexstiftes 120, an welchem sich ausgerichtet werden soll, und ermittelt sein x,y-Koordinatensystem basierend auf dem in der Nähe erfassten Indexstift 120, d.h. er richtet sich wieder daran aus. Wenn an einem Flugzeugrumpf gearbeitet wird, fordert das Steuersystem 144 vorzugsweise den Ausgangspositionssensor 218 auf, einen Indexstift 120 entlang des Rumpfes an jedem Raumabteil des Rumpfes zu lokalisieren, d.h. sich wieder auszurichten, wobei ein Raumabteil durch zwei Rahmen des Flugzeugrumpfes definiert ist. Indem sich an jedem Raumabteil wieder ausgerichtet wird, können Ungenauigkeiten entweder aufgrund einer von durch Befestigungsmitteln verursachten Entwicklung des Materials oder aufgrund einer Temperaturänderung wesentlich verringert werden. Daher kann der Außenendeffektor 104 einen hohen Grad einer Positionierungsgenauigkeit aufrechterhalten, indem seine Ausrichtung periodisch basierend auf derselben Struktur der Platten 110, welche die Überlappungsverbindung 116 bilden und welche den Außenendeffektor 104 halten, wieder kalibriert wird.
Der Endaußenpositionsencoder 220 umfasst, wie es in 8A und 8B dargestellt ist, eine Mehrzahl von ersten Rädern 222A–222C, welche sich oberhalb und unterhalb der primären Schiene 130 in Eingriff befinden. Die ersten Rädern 222A–222C bewegen sich, wenn sich der Außenendeffektor 104 relativ zu der primären Schiene 130 bewegt. Der Außenencoder 220 arbeitet in einem geschlossenen Regelsystem, welches die Position des Außenendeffektors 104 dem Steuersystem 114 relativ zu der letzten Ausgangsposition meldet.
Antriebshilfsanordnung des Außenendeffektors:
Die Antriebshilfsanordnung des Außenendeffektors zum Bewegen des Außenendeffektors 104 entlang der x-Achse auf den Außenführungsschienen 102 weist, wie es in 8C und 8D dargestellt ist, ein erstes Friktionsantriebsrad 224 und einen ersten Friktionsdruckluftzylinder 226 auf, um das erste Friktionsantriebsrad 224 mit der primären Schiene 130 in Eingriff zu bringen. Das erste Friktionsantriebsrad 224 wird durch einen x-Achsenstellmotor 228, welcher den Außenendeffektor 104 entlang der x-Achse antreibt, gedreht. Da das erste Friktionsantriebsrad 224 weder Getriebe noch Zähne aufweist, tritt keine Beschädigung der Überlappungsverbindung 116 oder des Mininietsystems 100 auf, wenn der Außenendeffektor 104 auf ein Hindernis stößt, während er sich entlang der x-Achse bewegt. Anstatt dass ein Motor ausbrennt oder Komponenten "abgekaut werden", dreht sich das erste Friktionsantriebsrad 122 einfach an Ort und Stelle, ohne irgendeine Beschädigung zu verursachen. Der Außenencoder 220 berichtet den Ort des Außenendeffektors 104 dem Steuersystem 114, welches wiederum den x-Achsenstellmotor 228 deaktiviert, wenn eine gekennzeichnete Position erreicht ist.
Hilfsanordnungen des Druckfußes:
Die Hilfsanordnung 230 des Druckfußes, welche in 8C–8E, 9A und 9B dargestellt ist, bringt einen festklemmenden Druck auf einen relativ kleinen Bereich der Überlappungsverbindung 116 auf, um Befestigungs- und Bohrvorgänge zu unterstützen.
Die Hilfsanordnung 230 des Druckfußes weist eine Porthole-Klemmvorrichtung 232 auf, welche in 9A dargestellt ist und welche eine Öffnung 234 aufweist, welche derart ausgelegt ist, dass eine Durchführung einer Bohr-, Absenkungs- oder Befestigungsvorrichtung ermöglicht wird. Die Porthole-Klemmvorrichtung 232 wird gegen einen relativ kleinen Bereich der Überlappungsverbindung 116 gepresst, um um einen zu bohrenden und zu befestigenden Bereich herum einen Druck auszuüben. Vorzugsweise besteht die Porthole-Klemmvorrichtung 232 aus Stahl, welcher mindestens bis Rc 65 gehärtet und bis 16 Rhr oder glatter poliert ist, um Kratzer an den Platten 110 während eines Einklemmens zu verhindern.
Der Druckfuß 230 weist auch einen U-förmigen Rahmen 235, welcher in 8E und 9B dargestellt ist, auf. Ein unterer Arm 238 des Rahmens 236 ist mit der Porthole-Klemmvorrichtung 232 gekoppelt. Ein Mittelgestänge 242 koppelt flexibel ein Ende eines oberen Arms 240 und ein Ende des unteren Arms 238. Das Mittelgestänges 242 weist ein Verbindungselement 244, welches in einem physischen Kontakt mit einem Klemmdruckluftzylinder 246 steht, auf. Wenn der Klemmdruckluftzylinder 246 ausgezogen ist, sind das Mittelgestänge 242 und der U-förmige Rahmen 236 ausgezogen, wodurch ein Druck zwischen den Außenendeffektor 104 und die Überlappungsverbindung 116 aufgebracht wird.
Ein Sensor 248, welcher in 9B dargestellt ist, ist geeignet, Einklemmkräfte, welche auf die Überlappungsverbindung 116 aufgebracht werden, von bis zu 3000N (700 lbs) zu erfassen. Vorzugsweise ist der Druckfuß 230 mittels der Porthole-Klemmvorrichtung 232 in der Lage, einen manuell einstellbaren Einklemmdruck in einem Bereich von 100–500 lbs bereitzustellen. Für optimale Ergebnisse, wird ein Druck von 300 lbs aufgebracht. Darüber hinaus liegt die Haltezeit der Klemmvorrichtung 232 bei einer bevorzugten Ausführungsform vor einem Bohren zwischen 1 und 20 Sekunden.
Indem ein Einklemmdruck auf einen lokalen Bereich während des Bohrens aufgebracht wird, tritt kein Abgraten zwischen den Platten 110 der Überlappungsverbindung 116 auf. Wenn ein innerer Grat erzeugt und verbleiben würde, würde er die Dauerfestigkeit der Platten 110 stark verringern. Darüber hinaus fallen keine Späne oder Stückchen zwischen die Platten 110 der Überlappungsverbindung 116. Daher müssen die Platten 110 nicht demontiert, gefeilt/entgratet, gesäubert, abgedichtet und dann wieder montiert werden, wie es früher erforderlich war. Die Vermeidung dieser Schritte bedeutet eine wesentliche Ersparnis bezüglich Zeit und Kosten. Darüber hinaus ist die Verwendung eines Einklemmsystems, welches an den zu montierenden Teilen/Platten 110, welche zusammengebaut werden, angebracht ist, einzigartig und ermöglicht ein viel flexibleres Einklemmsystem.
Die Hilfsanordnung 230 des Druckfußes, welche in 8E dargestellt ist, bewegt sich durch einen Klemmvorrichtungsdruckluftmotor 248 und eine Klemmvorrichtungskugelgewindespindel 250 entlang der y-Achse von Nietreihe zu Nietreihe entlang der Breite der Überlappungsverbindung 116. Die Position der Hilfsanordnung 230 wird durch eine LVDT-Positionsmessvorrichtung 251 bestimmt, welche mit dem Druckfuß 230 verbunden ist, wie es in 9A dargestellt ist. Das Steuersystem 114 liest ein Signal, welches durch die Vorrich tung 251 erzeugt wird, um die Position der Porthole-Klemmvorrichtung 232 zu überprüfen. Wenn sich die Klemmvorrichtung 232 außerhalb einer Position befindet, wird ein Druckluftventil (nicht dargestellt) betätigt, um den Klemmvorrichtungsdruckluftmotor 248 anzutreiben, welcher dann die Klemmvorrichtung 232 in die richtige Position bewegt.
Modulbewegungshilfsanordnung:
Der Außenendeffektor 104 verwendet die Modulbewegungsanordnung 250, welche in 8C–8E dargestellt ist, um eine Maschinenachse eines Bohr-/Absenkungsmoduls 252 oder eines Niettreib-/Befestigungsmittelzufuhrmoduls 254 mit der Öffnung 234 der Porthole-Klemmvorrichtung 232 und dem Abschnitt oder dem Bereich der zu befestigenden Überlappungsverbindung 116 auszurichten.
Die Modulbewegungsanordnung 250 weist einen äußeren Modulwagen 256 auf, welcher sich gleitend mit dem Hauptkörper 216 des Außenendeffektors 104 entlang eines linearen Lagers 258 in Eingriff befindet. Ein Modulstellmotor 260 bewegt das Bohr-/Absenkungsmodul 252 und das Niettreib/Befestigungsmittelzufuhrmodul 254 von einer Position, in welcher das Bohr-/Absenkungsmodul 252 ausgerichtet war, um zu arbeiten, zu einer Position, in welcher das Niettreib/Befestigungsmittelzufuhrmodul 260 ausgerichtet ist, um zu arbeiten, von Reihe zu Reihe entlang einer ausgewählten Spalte von Nieten.
Bohr-/Absenkungsmodul:
Das Bohr-/Absenkungsmodul 252, welches in 8A–8E dargestellt ist, bereitet eine Position oder einen Bereich der Überlappungsverbindung 116 für eine Aufnahme eines Befestigungsmittels vor, indem ein Loch an der Position gebohrt oder angesenkt wird. Das Bohrmodul 252 weist eine Bohreinheit 262 auf, welche pneumatisch angetrieben und austauschbar ist. Die Bohreinheit 262 kann mit einer Einheit einer anderen Größe ausgetauscht werden, indem sie aus einer Bohrhalterung 264 entfernt wird, welche horizontal befestigt und vertikal relativ zu dem äußeren Wagen 256 der Modulbewegungsanordnung 250 bewegbar ist. Die Bohreinheit 262 wird von der Bohrhalterung 264 entfernt, indem ein Schnelllösebohrknopf 266 aufgeschraubt wird, wie es in 8A dargestellt ist.
Die Bohreinheit 262 dreht einen integralen Bohr- und Versenkbohrer 268, wie es in 8C und 8E dargestellt ist. Der integrale Bohr- und Versenkbohrer 268 ermöglicht, dass die Position der Überlappungsverbindung 116 mit einem Durchzug der Bohreinheit 262 sowohl gebohrt als auch angesenkt wird.
Das Bohr-/Absenkungsmodul 252 weist darüber hinaus einen ersten bzw. zweiten pneumatisch betriebenen Druckluftzylinder 270 bzw. 272 zum Versenken eines Bohrers auf, welcher mit dem äußeren Wagen 256 der Modulbewegungsanordnung 250 und der Bohrhalterung 264 verbunden ist, um die Bohreinheit 262 entlang der z-Achse senkrecht zu der Überlappungsverbindung 116 zu bewegen. Das Bohrmodul 252 weist einen Halt 274 auf, um die Bewegung des integralen Bohr- und Versenkbohrers 268 in die Überlappungsverbindung 116 zu begrenzen, um für die er wünschte Absenkungstiefe zu sorgen. Der Halt 274 wirkt auch störungssicher, wobei ein Überdrehen des Bohr- und Versenkbohrers 268 in der Überlappungsverbindung verhindert wird. Ein Boelube-Vorratsbehälter 275, welcher in 8A und 8C dargestellt ist, sorgt für ein Schmiermittel während des Bohrverfahrens, um die Lochqualität zu erhöhen und die Betriebsdauer des Bohr- und Versenkbohrers 268 zu verlängern.
Niettreib-/Befestigungsmittelzufuhrmodul:
Das Niettreib-/Befestigungsmittelzufuhrmodul 254, welches in 8A–8E dargestellt ist, lädt einen Niet/ein Befestigungsmittel in ein Loch, welches durch das Bohrmodul 252 gebohrt ist und bringt dann den Niet in dem Loch in einer Weise auf, welche ein hohes Maß an Genauigkeit sicherstellt, wobei eine Nacharbeit vermieden wird.
Das Nietmodul 284 weist eine Niettreibeinheit 276 auf, welche pneumatisch angetrieben und austauschbar ist. Die Niettreibeinheit 276 kann mit einer anderen Treibeinheit ausgetauscht werden, wodurch das Nietmodul 254 verschiedene Befestigungsmittelanforderungen erfüllen kann. Der Austausch der Treibeinheiten wird bewerkstelligt, indem die Niettreibeinheit 276 aus einer Niettreibhalterung 278 entfernt wird, welche horizontal befestigt ist und vertikal relativ zu dem äußeren Wagen 256 der Modulbewegungsanordnung 250 gleitbar ist, und indem sie durch eine neue Nieteinheit ersetzt wird. Die Niettreibeinheit 276 wird aus der Niettreibhalterung 278 entfernt, indem ein erster bzw. zweiter Schnelllösenietknopf 280A bzw. 280B losgeschraubt wird, wie es in 8A dargestellt ist.
Das Nietmodul 254 weist darüber hinaus einen ersten bzw. zweiten pneumatisch betriebenen Plunger 282 bzw. 284 zum Setzen eines Niets auf, wie es in 8D dargestellt ist, welcher sowohl mit der Niettreibhalterung 278 als auch mit einem zylindrischen Abschnitt 279 des äußeren Wagens 252 gekoppelt ist, um die Nieteinheit 276 entlang der z-Achse zu bewegen. Die Niettreibeinheit 276 treibt einen Niettreibkopf (nicht dargestellt), welcher verwendet wird, um einen Kopf des Niets zu schlagen, wodurch die Deformationen/das Aufbringen des Niets erfolgt. Der erste und zweite Plunger 282 und 284 zum Setzen eines Niets setzen den Niettreibkopf gegen den Kopf des aufzubringenden Niets.
Das Nietmodul 254 weist auch ein Befestigungsmittelzufuhrmodulsystem auf. Eine Mehrzahl von Nieten wird sortiert und durch eine vibrierende Wanne 286, wie es in 15 dargestellt ist, eingereiht und pneumatisch (wobei Druckluft verwendet wird) dem Nietmodul über Zufuhrleitungen 288A und 288B zugeführt.
Die durch die Nietzufuhrleitungen 288A und 288B angelieferten Nieten werden einem Satz von Befestigungsmittelzufuhrfingern 290 zugeführt, wie es in 8E, 10A und 10B dargestellt ist. Die Nietfinger 290 werden pneumatisch betrieben, um den Niet zu halten, während er in das zu befestigende Loch eingeführt wird.
Wie in 10A und 10B dargestellt ist, weisen die Zufuhrfinger 290 eine kreisförmige Struktur 291 mit einer inneren Öffnung auf, wobei vier Finger 292A–292D an einer ent sprechenden Seite der inneren Öffnung der kreisförmigen Struktur 291 angebracht sind. Die Zufuhrfinger 290 senken den Niet in das zu befestigende Loch, wobei der erste bzw. zweite pneumatisch aufsitzende Plunger 282 bzw. 284 verwendet wird.
Schnittstellen:
Der Außenendeffektor 104 weist auch eine Mehrzahl von elektrischen und pneumatischen Schnittstellen auf. Zum Beispiel ist eine Mehrzahl von pneumatischen und elektrischen Verbindungen an Bodenverbindern 294, welche in 8D und 8E dargestellt sind, angeordnet. Die pneumatischen Bodenverbinder 294 führen Luft zu den Druckluftzylindern und pneumatischen Niet- und Bohreinheiten, welche vorab diskutiert sind. Die elektrische Gruppe der Bodenverbinder 294 führt Energie zu den vorab diskutierten Stellmotoren mittels eines elektrischen Betriebskastens 296, welcher in 8A dargestellt ist. Vorzugsweise sind die Bodenverbinder Schnell-Trennkupplungen, wodurch der Außenendeffektor 104 einfach bewegt, gewartet und montiert werden kann.
Innenführungsschienen:
Die Innenführungsschienen 106, welche in 11 dargestellt sind, sind auf der inneren Oberfläche der Überlappungsverbindung 116 angeordnet. Die Innenführungsschienen 106 halten den Innenendeffektor 108 und übertragen Kräfte, welche durch den Innenendeffektor 108 während Befestigungsvorgängen auf den Platten 110, welche die Überlappungsverbindung 116 ausbilden, erzeugt werden.
Die Innenführungsschienen 106 weisen eine obere Schiene 300 und eine untere Schiene 302 auf. Sowohl die obere als auch die untere Schiene 300 und 302 weisen einen oberen und einen unteren Rohrabschnitt 304A und 304B zum gleitbaren Eingriff mit dem Innenendeffektor 108 auf. Die obere und die untere Schiene 300 und 302 weisen einen oberen und einen unteren Strebenabschnitt 306A und 306B auf, welche mechanisch mit dem entsprechenden Rohrabschnitt 304A und 304B gekoppelt sind. Der obere bzw. der untere Strebenabschnitt 306A bzw. 306B ist mit einer Mehrzahl von oberen bzw. unteren Befestigungshalterungen 308A–308C bzw. 310A–310C gekoppelt, wie es in 11 dargestellt ist.
Befestigungshalterungen:
Wie in 11 dargestellt ist, hängt die obere Führungsschiene 300 durch die oberen Befestigungshalterungen 308A–308C, indem die Halterungen 308A–308C an einem Merkmal haken, welches vorab mit der inneren Oberfläche der Platten 110, welche die Überlappungsverbindung 116 ausbilden, gekoppelt ist. In einer ähnlichen Weise steht die untere Führungsschiene 302 auf den Befestigungshalterungen 310A–310C. Bei einer Ausführungsform, welche in 11 dargestellt ist, wird das vorliegende System in einem Flugzeugrumpfabschnitt eingesetzt, wobei die Merkmale eine Mehrzahl von Stringern 311 umfassen, welche horizontal mit Abständen entlang der inneren Oberfläche der Platten 110 angeordnet sind und durch eine Mehrzahl von Rahmen 312, welche die Raumabteile innerhalb des Rumpfabschnitts definieren, geteilt werden.
Die Befestigungshalterungen 308A–308C und 310A–310C werden hinter einen T-förmigen Abschnitt der Stringer und neben einem der Rahmenteile 312 gehakt. Wie in 11 dargestellt ist, sind die Befestigungshalterungen 308A–308C und 310A–310C jeweils mit entsprechenden kreisförmigen Platten 314A–314F und 315A–315F an die Stringer 311 geklemmt, welche eine Fläche der Stringer 311 und entsprechende Haken 316A–316F und 317A–F berühren, welche hinter den T-Abschnitt der Stringer 311 reichen. Entsprechende Hebel 318A–318F und 319A–319F ziehen die kreisförmigen Platten 314A–314F, 314A–315F und die Haken 316A–316F, 317A–317F zusammen, um sowohl die obere als auch die untere Führungsschiene 300 und 302 an ihren entsprechenden Stringern 311 zu verriegeln.
Die Befestigungshalterungen 308A–308C und 310A–310C, welche in 11 dargestellt sind, bringen die Innenführungsschienen 106 an der inneren Oberfläche der Platten 110 oder Zelle, welche die Überlappungsverbindung 116 ausbilden, an. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Stringer 311 und Rahmenteile 312 durch die Koordinationslöcher ausgerichtet. Daher profitieren die Innenführungsschienen 106 von den selbst ausrichtenden Merkmalen, welche mit den Plattenaußenschichten 110 und wiederum mit der Überlappungsverbindung 116 gekoppelt sind und werden ohne das Erfordernis nach einer außen gehaltenen Spannvorrichtung mit der Überlappungsverbindung ausgerichtet.
Bei einer alternativen Ausführungsform können die Befestigungshalterungen 308A–308C und 310A–310C in der Länge veränderbar oder in der Länge einstellbar sein, um an unregelmäßige Merkmale, welche auf der inneren Oberfläche der Platten 110 gekoppelt sind, angebracht werden zu können. Wenn die innere Oberfläche keine Merkmale aufweist, dann können die vorab beschriebenen Vakuumgeneratoren und Auflagen verwendet werden, um die Befestigungshalterungen 308A–308C und 310A–310C zu ersetzen.
Die Anordnung der Innenführungsschienen 106 ermöglicht, dass ein Endeffektor innerhalb eines Rumpfes oder eines anderen beschränkten Bereiches montiert werden kann, welcher normalerweise keine Spannvorrichtung oder keinen großen Mechanismus halten kann, der erforderlich ist, um dieselbe Aufgabe zu bewerkstelligen.
Innenendeffektor
Der Innenendeffektor 108, welcher in 12A und 12B dargestellt ist, weist eine Innenendeffektoreingriffanordnung, damit der Innenendeffektor 108 entlang der Innenführungsschienen 106 gleiten kann, eine innere Werkzeugpositionierungsanordnung, um die Haltemodule entlang einer x'-Achse (parallel zu den Innenführungsschienen 106) relativ zu den Indexstiften 120, welche in die Überlappungsverbindung 116 eingeführt sind, genau zu positionieren, und eine Drehwagenanordnung auf, um die Gegenhaltestabmodule entlang einer y'-Achse (senkrecht zu den Innenführungsschienen 106) relativ zu den Indexstiften 120 zu bewegen.
Eingriffanordnung:
Die Innenendeffektoreingriffanordnung weist vier innere Standardhalterungen 320A–320D auf, wie in 12A und 12B dargestellt ist. Der Innenendeffektor 108 ist auf das äußere Ende der Innenführungsschienen 106 geladen, indem die Innenführungsschienen 106 in den Bereich, welcher durch die Standardhalterungen 320A–320D definiert ist, geschnitten sind. Indem der Innenendeffektor 108 auf diese Weise an den Innenführungsschienen 106 verriegelt ist, ist der Innenendeffektor 108 betriebssicher und bezüglich des Gewichts viel leichter als eine Einheit, welche an Ort und Stelle mit Druckluftzylindern verriegelt ist.
Werkzeugpositionierungsanordnung:
Die Werkzeugpositionierungsanordnung weist eine innere Positionsserfassungshilfsanordnung und eine Innenendeffektorantriebshilfsanordnung 336 auf.
Innere Positionserfassungshilfsanordnung:
Die innere Positionserfassungshilfsanordnung, welche in 12B dargestellt ist, weist einen inneren Ausgangssensor 322 mit einem ersten und einem zweiten Helium-Neon-Laser 324A und 324B und entsprechende erste und zweite ladungsgekoppelte Schaltungen (CCDs) 326A und 326B auf. Der erste und der zweite Laser 324A und 324B werden zu dem reflektierenden Quadrat 128 der Indexstifte 120 gerichtet und ihre Strahlen sind parallel und um einen Abstand beabstandet, welcher geradeso kurz wie die Breite des reflektierenden Quadrats 128 zwischen 1 und 5mm, vorzugsweise 3mm, ist. Dementsprechend ist der Innenendeffektor 108, wenn der Innenendeffektor entlang der Länge der Überlappungsverbindung 116 bewegt wird und sowohl die erste als auch die zweite CCD 326A und 326B gleichzeitig ihre entsprechenden Laserstrahlen lesen, welche durch das reflektierende Quadrat 128 reflektiert werden, auf eine Nullposition auf dem x',y'-Koordinatensystem, welches die innere Oberfläche der Überlappungsverbindung 116 definiert, ausgerichtet. Vorzugsweise wird die Bestimmung, dass der Innenendeffektor 108 ausgerichtet worden ist, durch das Steuersystem 114 vorgenommen.
Die innere Positionserfassungshilfsanordnung weist auch einen inneren Endpositionsencoder 328 auf, welcher in 12B dargestellt ist und welcher die Entfernung Δx', welche sich der Innenendeffektor 108 entlang der Innenführungsschienen 106 von der zuletzt gemessenen Ausgangspositionen entlang bewegt hat, erfasst, wie es durch die Indexstifte 120 definiert ist.
Der innere Encoder 328, welcher in 12A und 12B dargestellt ist, weist einen zweirädrigen Detektor 330 auf, der sich relativ zu der oberen Führungsschiene 130 bewegt, wobei die Anzahl der Umdrehungen und damit die von dem Detektor 330 zurückgelegte Entfernung durch ein Signal dem Steuersystem 114 angezeigt wird und verwendet wird, um die Position des Innenendeffektors 108 zu bestimmen. Wie in 12A und 12B dargestellt ist, befindet sich der zweirädrige Detektor 330 mit der oberen Schiene 300 in Eingriff, wobei ein Druckluftzylinder 332 des Detektors verwendet wird, welcher, wenn er aktiviert ist, einen Arm 334 schwenkt, damit sich der zweirädrige Detektor 330 gegen die obere Schiene 300 bewegt.
Antriebshilfsanordnung des Innenendeffektors:
Die Antriebshilfsanordnung 336 des Innenendeffektors, welche in 12A dargestellt ist, bewegt den Innenendeffektor 108 entlang der inneren Führungsschienen 106. Die innere Antriebshilfsanordnung 336 weist ein inneres Friktionsantriebsrad 338 auf, welches durch einen Stellmotor 340 für die x'-Achse angetrieben wird. Die Verwendung des inneren Friktionsantriebrades 338 vermeidet Probleme, welche auftreten, wenn ein Getriebe oder Zähne verwendet werden. Wenn der Innenendeffektor 108 einem Hindernis begegnet, dreht sich das innere Friktionsantriebsrad 338 einfach an Ort und Stelle, ohne eine Beschädigung des Innenendeffektors 108 oder der inneren Führungsschiene 106 zu bewirken.
Das innere Friktionsantriebsrad 338 befindet sich durch einen zweiten Antriebsdruckluftzylinder 342 in Eingriff mit der oberen Schiene 300, welcher, wenn er aktiviert ist, einen Antriebsarm 344 schwenkt, was bewirkt, dass sich das innere Friktionsrad 338 gegen die obere Schiene 300 nach oben bewegt.
Drehwagenanordnung:
Die Drehwagenanordnung des Außenendeffektors 108 dreht einen linken (LH) Gegenhaltestab 350 und einen rechten (RH) Gegenhaltestab 352, wie es in 12B dargestellt ist, relativ zu einem inneren Rahmen 354 und der oberen bzw. unteren Führungsschiene 300 bzw. 302.
Gegenhaltestabmodule:
Die Drehwagenanordnung weist ein linkes (LH) Gegenhaltestabmodul 356 und ein rechtes (RH) Gegenhaltestabmodul 358 auf, wie es in 12A und 12B dargestellt ist.
Sowohl das linke (LH) Gegenhaltestabmodul 356 als auch das rechte (RH) Gegenhaltestabmodul 358 weisen einen linken (LH) bzw. rechten (RH) Schnelllöseknopf 360A bzw. 360B auf, wie es in 12A dargestellt ist, welche ermöglichen, dass die zwei Gegenhaltestäbe einfach mit Gegenhaltestäben ausgetauscht werden, welche Gegenhalteformen von verschiedenen Formen, Größen und Materialien, welche für eine bestimmte Aufgabe geeignet sind, aufweisen. Durch diese Anordnung können die Gegenhaltestäbe fliegend gewechselt werden.
Darüber hinaus weisen das linke (LH) Gegenhaltestabmodul 356 und das rechte (RH) Gegenhaltestabmodul 358 einen linken (LH) sich zurückziehenden/verlängernden Zylinder 362A bzw. rechten (RH) sich zurückziehenden/verlängernden Zylinder 362B auf. Der linke (LH) und der rechte (RH) sich zurückziehende/verlängernde Zylinder 362A und 362B werden pneumatisch angetrieben und bewirken, dass sich der linke (LH) Gegenhaltestab 350 bzw. rechte (RH) Gegenhaltestab 352 entlang der Z'-Achse senkrecht zu der Überlappungsverbindung 116 auf der inneren Oberfläche der Platten 110 bewegt.
Vorsprungssensor:
Das linke (LH) bzw. das rechte (RH) Gegenhaltestabmodul 356 bzw. 358 weist auch einen linken (LH) Vorsprungssensor 364A bzw. einen rechten (RH) Vorsprungssensor 364B auf, wie es in 12A, 12B und 13A–C dargestellt ist, welcher verwendet wird, um die Länge des Schaftes eines Niets 372, welche von der inneren Oberfläche der Überlappungsverbindung 116 hervorragt, zu messen.
Das linke (LH) und das rechte (RH) Gegenhaltestabmodul 356 und 358 bewegen den entsprechenden linken (LH) und rechten (RH) Gegenhaltestab 350 und 352 entlang der z'-Achse zu drei Grundpositionen. Bei einer ersten Position ist der linke (LH) und der rechte (RH) Gegenhaltestab 350 bzw. 352 vollständig zurückgezogen, um sich von behindernden Merkmalen, welche auf der inneren Oberfläche der Platten 110 angebracht sind, fernzuhalten, wodurch der Innenendeffektor 108 einen Bewegungsfreiraum bekommt. Bei der zweiten Position, welche in 13A dargestellt ist, ist eines der Gegenhaltestäbe 350 und 352 gegen die innere Oberfläche der Platten 110 vor und während eines Bohrvorgangs gegen einen zu befestigenden Bereich geklemmt. Während dieses Vorgangs messen die Vorsprungssensoren 364A und 364B eine Entfernung (d1) von einer ortsfesten Sensorkomponente 368A und 368B. Bei der dritten Position wird eines der Gegenhaltestäbe 350 und 352 gegen einen Schaft 366 eines Niets 372, welcher in das neu gebohrte Loch eingeführt ist, welches verwendet wird, um die Stellung der Überlappungsverbindung 116 zu befestigen, getrieben. Dabei misst der Vorsprungssensor 364A eine Entfernung (d2) von der ortsfesten Sensorkomponente 368A. Die zwei Werte (d1) und (d2) werden zu dem Steuersystem 114 gesendet, welches diese Information verarbeitet, um die Länge des Schaftes 366 zu bestimmen, welcher von der inneren Oberfläche hervorragt. Die Länge des Schaftes 366 wird mit einem Tabellenwert von Nietlängen verglichen, um zu bestimmen, ob der richtige Niet in dem Loch montiert worden ist und, wenn dies der Fall ist, ob er innerhalb einer Toleranz liegt.
Wie in 13C dargestellt ist, setzt der linke (LH) Vorsprungssensor 364A fort, die Länge (d3) des Schaftes zu überwachen, wenn er in einen Knopf 370 verformt wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Signal von dem linken (LH) Vorsprungssensor 364 durch das Steuersystem 114 verarbeitet, um zu bestimmen, wann ein geeignet ausgelegter Knopf ausgebildet worden ist (d.h. d3 = geeignetes Knopfausmaß, welches durch eine Tabelle gekennzeichnet ist) und um die Nietantriebseinheit sofort beim Aufbringen des Niets anzuhalten. Das System mit Rückkopplung stellt einen geeignet ausgelegten und sitzenden Niet bei jedem Befestigungsvorgang sicher.
Der Betrieb des rechten (RH) Gegenhaltestabmoduls 358 und des rechten (RH) Vorsprungssensors 364B ist mit dem des linken (LH) Gegenhaltestabmoduls 356 und des linken (LH) Vorsprungssensors 364A, wie er vorab in 13A–13C beschrieben ist, identisch.
Gegenhaltestabformen:
Das linke (LH) bzw. rechte (RH) Gegenhaltemodul 356 bzw. 358 hält und positioniert das linke bzw. rechte Gegenhaltestabmodul 350 bzw. 352. Entweder das linke (LH) oder das rechte (RH) Gegenhaltemodul 356 bzw. 358 kann einen geraden Gegenhaltestab 371 halten und positionieren, wie es in 13A –13C und 14A dargestellt ist. Der gerade Gegenhaltestab 371 kann entweder mit dem linken (LH) oder dem rechten (RK) Gegenhaltestab 350 und 352 gewechselt werden, wenn der Innenendeffektor 108 einen Niet, wie z.B. den in 13B dargestellten Niet 372, aufbringt, das heißt, wenn er nicht durch einen T-förmigen Abschnitt 374 des Stringers 311 behindert wird. Der gerade Gegenhaltestab 371 weist eine Form mit einem ersten Spalt 376 auf, um einen Bohrer während des Bohrvorgangs aufzunehmen. Die Ausrichtung des ersten Spalts 376 und des Bohrers verlängert die Lebenszeit des Bohr- und Versenkbohrers 268 wie auch des geraden Gegenhaltestabes 371.
Um das Problem des Befestigens von behinderten Nieten, wie z.B. eines in 13A dargestellten oberen Niets 378, zu lösen, bewirkt das linke (LH) bzw. das rechte (RH) Gegenhaltemodul 356 bzw. 358, dass der linke (LH) bzw. rechte (RH) Gegenhaltestab 350 bzw. 352 hinter den T-förmigen Abschnitt 374 des Stringers 311 gedreht wird, wie es in 14D dargestellt ist. Der linke (LH) und rechte (RH) Gegenhaltestab 350 und 352 weisen jeweils einen linken (LH) und rechten (RK) Aluminiumarm 380A und 380B und eine linke (LH) und eine rechte (RH) "L-förmige" Gegenhalteform 382A und 382B auf, wie es in 12B, 14B und 14C dargestellt ist. Die linke (LH) und die rechte (RH) "L-Form" der Gegenhalteform 382A und 382B ermöglicht den Formen, hinter ein Hindernis, wie z.B. dem T-Abschnitt 374 des Stringers 311, zu gleiten. Die Gegenhalteformen 382A und 382B können doppelte darin eingebaute Versätze aufweisen, wobei ein Versatz vorhanden ist, um hinter Rahmen zu gelangen und der andere Versatz vorhanden ist, um hinter die Stringer 311 zu gelangen.
Herkömmliche Gegenhalteformen sind aus Stahl ausgebildet. Wenn die L-förmigen Formen aus Stahl ausgebildet sind, sind die Niete, welche durch die Verwendung dieser Formen ausgebildet werden, unglücklicherweise umgeschlagene (d. h. Klumpfuß-) Knöpfe. Darüber hinaus werden ungewöhnlich lange Treibzeiten benötigt, um den Niet aufzubringen. Um diesen Problemen entgegenzuwirken, wurde festgestellt, dass ein dünner Abschnitt 384A und 384B der Gegenhalteformen 382A und 382B, wie in 12B dargestellt ist, während den Nietvorgängen in einem unakzeptablen Maß vibrierte. Nachdem das Problem identifiziert wurde, wurden Lösungen untersucht, wobei die Endliche-Elementen-Analyse, Untersuchungen zur Sammlung von Daten und verschiedene Konfigurationen eingesetzt wurden. Als Ergebnis wurde festgestellt, dass ein Material mit einer Dichte zwischen 14,3–14,5G/cm³ erforderlich war. Darüber hinaus sollte das Material eine Druckbelastbarkeit von 5MPa (650,000 psi), eine Biegebruchspannung von 3MPa (420.000 psi) und eine Härte von 72–74Rc aufweisen. Dementsprechend sind die L-förmigen Gegenhalteformen 382A und 382B vorzugsweise unter Verwendung von Tungsten Carbide^TM von der Carbide Corporation ausgebildet, was die vorab genannten Anforderungen erfüllt. Noch besser wird Tungsten Carbide^TM der Klasse CD-337 oder ISO-Code G-20 oder C-Code C-11 verwendet, um die linke (LH) und die rechte (RH) Gegenhalteform 382A und 382B auszubilden. Tungsten Carbide^TM weist die zweifache Dichte von Stahl auf und besitzt nahezu die zweifache Festigkeit. Indem Tungsten Carbide^TM als das Material verwendet wird, um die linke (LH) bzw. die rechte (RH) Gegenhalteform 382A bzw. 382B auszubilden, wurde das Umklappproblem vermieden und die Treibzeiten wurden auf ein normales Maß verringert. Dieses Material könnte verwendet werden, um das Nietverfahren zu jeder Zeit zu verbessern, wenn eine Form einer Torsion oder einer anderen ein Moment hervorrufenden Verformung während der Nietverformung einschließlich des manuellen Verfahrens unterzogen wird.
Drehrevolverkopfhilfsanordnung:
Die Drehwagenanordnung des Innenendeffektors 108 weist eine Drehrevolverkopfhilfsanordnung zum Drehen des linken (LH) bzw. rechten (RH) Gegenhaltestabes 350 bzw. 352 entlang einer a-Achse, welche sich um die z'-Achse dreht, auf. Der linke (LH) und der rechte (RH) Gegenhaltestab 350 und 352 werden derart gedreht und erstrecken sich derart, dass die L-förmige Gegenhalteform 382A bzw. 382B zwischen dem Nietschaft 366 und einem Hindernis, wie z.B. dem Stringer 310, angeordnet werden kann, wie es in 14D dargestellt ist. Eine Drehung der Revolverkopfhilfsanordnung bewegt eigentlich die Nietgegenhalteform 382A und 382B zu einer vorgewählten Position (x', y'), indem der linke (LH) und der rechte (RH) Gegenhaltestab 350 und 352 auf der a-Achse gedreht werden.
Die Drehrevolverkopfhilfsanordnung, welche in 12B dargestellt ist, weist ein Revolverkopflager 386 auf, welches eine Drehung des linken (LH) und des rechten (RH) Gegenhaltestabmoduls 356 und 358 ermöglicht, welche an einem sich drehenden Träger 388 relativ zu dem inneren Rahmen 354 angebracht sind. Die Drehung des sich drehenden Trägers 385 wird durch einen Drehstellmotor 390 bewirkt, wie es in 12A dargestellt ist.
Die Position des sich drehenden Trägers 388 und damit des linken (LH) und des rechten (RH) Gegenhaltestabes 350 und 352 wird durch einen Drehencoder 392 beobachtet und an das Steuersystem 114 berichtet, wie es in 12B dargestellt ist. Wenn ein ausgewählter Gegenhaltestab 350 und 352 seine vorbestimmte Position erreicht hat, schaltet die CPU 398 den Drehstellmotor 390 ab und fährt mit einem Bohr- oder Befestigungsvorgang fort.
Der Innenendeffektor 108 weist eine Mehrzahl von pneumatischen und elektrischen Verbindungen 394 auf. Vorzugsweise sind diese Verbindungen Schnell-Trennkupplungen, wodurch eine einfache Montage und ein einfaches Entfernen des Innenendeffektors 108 ermöglicht wird.
Steuersystemwagen
Das Mininietsystem 100 weist den Steuersystemwagen 112, welcher in 15 dargestellt ist und die Vibrationswanne 286 zum Zuführen der Befestigungsmittel aufweist, und das Steuersystem 114 mit einer CPU 398 und einer Anzeige 400 auf. Der Steuersystemwagen 112 weist auch eine Zufuhr 402 von elektrischer Energie und eine Druckluft-/pneumatische Quelle 404 auf. Der Wagen 112 ist entworfen, um den Innenendeffektor 108 und den Außenendeffektor 104 mit minimalem Aufwand zu einem Arbeitsbereich zu transportieren und Vorgänge mit einer nominalen Zahl an Bedienpersonen zu beginnen. Der Wagen 112 besitzt die Fähigkeit, alle erforderlichen Vorgänge zum Befestigen der Überlappungsverbindung 116 auszuführen, einschließlich eines Verfahrens zur Überprüfung/Verifikation, sogar bevor das Mininietsystem 106 auf den Flugzeugrumpf geladen worden ist.
Vorgänge:
Bei der ersten Ausführungsform wird das Mininietsystem 100 verwendet, um zwei überlappende Außenschichtplatten 110, welche eine Überlappungsverbindung 116 ausbilden, zu befestigen. Anfangs wird jede der Platten 110 gesäubert und die überlappende Oberfläche der Platten 110 wird mit einem Dichtungsmittel behandelt. Die Platten 110, welche die Überlappungsverbindung 116 ausbilden, werden dann temporär mit einem Cleco-Befestigungsmittel an mindestens zwei Punkten befestigt, wobei die Koordinationslöcher als Ausrichtungsmittel verwendet werden. Die Platten 110 können auch temporär mit anderen Platten befestigt werden, um einen Teil eines temporär befestigten Rumpfanordnungsabschnitts auszubilden.
Wenn ein Rumpf einmal zusammengeheftet worden ist, führt eine Bedienperson Indexstifte 120 in mindestens drei Koordinationslöcher ein, welche den Schlüsselabschnitt 122 positionieren, damit sie von der äußeren Oberfläche der Überlappungsverbindung 116 hervorragen und den reflektierenden Kopf 126 positionieren, damit er von der inneren Oberfläche der Überlappungsverbindung 116 hervorragt. Außenschienen 106 werden dann an den Indexstiften 120 mit den drei Schienenverbindungen 134A–C positioniert und ausgerichtet. Wenn sie einmal richtig ausgerichtet sind, wird mittels der Rohrabschnitte 135A und 135B der primären Schiene 130 und der sekundären Schiene 132 Druckluft an die Vakuumgeneratoren 144A–F angelegt, welche ein Vakuum zwischen den Platten 110 und den Schienen erzeugen, wobei diese in Position gehalten werden. Der Außenendeffektor 104 wird dann auf den Außenführungsschienen 102 angehoben, wobei der primäre Griff 200 und der sekundäre Griff 202 verwendet werden. Das erste und das zweite Greiferträgersystem 204 und 206 werden dann durch die Aktivierung des primären und des sekundären Druckluftzylinders 212 und 214 geschlossen, wobei der Außenendeffektor 104 in einem gleitenden Eingriff mit den Außenführungsschienen 102 verriegelt wird.
Die Innenführungsschienen 106 sind auf der inneren Oberfläche der Platten 110 angebracht, welche die Überlappungsverbindung 116 ausbilden, indem die oberen und unteren Befestigungshalterungen 308A–C und 310A–C benachbart zu den Rahmen innerhalb des Rumpfes angeordnet und hinter dem T-förmigen Abschnitt der parallelen Stringer gehakt werden, welche mit einer entsprechenden der Platten 110 gekoppelt sind, die die Überlappungsverbindung 116 ausbilden. Die oberen und die unteren Befestigungshalterungen 308A–C und 310A–C werden dann an Ort und Stelle verriegelt, indem die Hebel 318A–F und 319A–F, welche jeweils den Haken 316A und 317A–F zugeordnet sind, angezogenen werden. Dieser Schritt stellt grob sicher, dass die Innenführungsschienen 106 geeignet auf der x'- und y'-Achse auf der inneren Oberfläche der Überlappungsverbindung 116 ausgerichtet sind.
Wenn die Innenführungsschienen 106 einmal geeignet angebracht und im Allgemeinen ausgerichtet sind, gleitet das Innenendeffektorhilfssystem 108 auf den Enden der Innenführungsschienen 106 und wird dann geeignet mit den ersten Indexstiften 120 ausgerichtet, wobei ihr reflektierendes Quadrat 128 verwendet wird. Dann wird der Außenendeffektor 104 an der Vertiefung 125 des Keils 122 eines ersten der Indexstifte 120 ausgerichtet, wodurch sowohl der Außenendeffektor 104 als auch der In nenendeffektor 108 unabhängig voneinander ausgerichtet werden.
Das Mininietsystem 100 wird angewiesen, eine Mehrzahl von Spalten innerhalb der Überlappungsverbindung 116 zu bohren, anzusenken, und dann zu nieten, wobei jede Spalte aus drei Reihen von Nieten besteht. Zuerst wird das Mininietsystem 100 des Außenendeffektors 104 von der Ausgangsposition oder seiner letzten bekannten Position eine Strecke entlang der x-Achse, auf welcher die ausgewählte Spalte liegt, gefahren. Als nächstes wird die Druckfußhilfsanordnung 230 entlang der y-Achse zu der mittleren zu befestigenden Reihe gefahren und dann gegen die Überlappungsverbindung gepresst, wobei ein Druck zwischen 5–25N (100 und 500 lbs) aufgebracht wird. Der Innenendeffektor 108 wird eine identische Strecke entlang seiner x'-Achse gefahren, damit er die Position des Außenendeffektors 104 widerspiegelt. Dann wird einer der linken (LH), rechten (RH) oder geraden Gegenhaltestäbe 350, 352 oder 371 auf einer x'- und y'-Position ausgefahren und gedreht, so dass er die Position der Porthole-Klemmvorrichtung 237 des Außenendeffektors 104 widerspiegelt. Darüber hinaus wird der erste Lückenabschnitt 376 des Gegenhaltestabes entlang der z'-Achse angeordnet, um mit der z-Achse übereinzustimmen, welche die Maschinenachse, entlang welcher die Bohreinheit 262 arbeitet, definiert, und ein Druck zwischen 5–25N (100 und 500 lbs) wird auf die innere Oberfläche der Überlappungsverbindung 116 durch den Gegenhaltestab ausgeübt.
Der äußere Wagen 256, welcher sowohl das Bohr/Absenkungsmodul 252 als auch das Niet/Befestigungsmittelzufuhrmodul 254 hält, wird bewegt, um den Bohr- und Versenkbohrer 268 entlang der y-Achse auszurichten. Als nächstes wird das Bohrmodul 256 aktiviert und entlang der z-Achse bewegt, bis ein Loch und eine Ansenkung mit den geeigneten Abmessungen innerhalb der Überlappungsverbindung 116 gebohrt worden sind. Nachdem der Bohrer wieder herausgezogen worden ist, bewegt der äußere Wagen 256 das Niet/Befestigungsmittelzufuhrmodul 254 entlang der y-Achse in eine Position in Ausrichtung mit dem neu gebohrten Loch. Das Befestigungsmittelzufuhrmodul 254 lädt einen ausgewählten Niet in die Nietzufuhrhaltefinger 292A–D. Dann setzt der Innenendeffektor 108 den Gegenhaltestab zurück während die Haltefinger 292A–D den ausgewählten Niet in das neu gebohrte Loch laden. Der Treiber des Nietmoduls 254 wird dann gegen den Kopf des Niets gesetzt, und der Gegenhaltestab wird zu der inneren Oberfläche bewegt, bis er den Schaft des Niets berührt. Der Niet wird durch den Treiberkopf der pneumatischen Nieteinheit 276 an Ort und Stelle gehalten. Der Niet wird dann durch eine Serie von pneumatisch verursachten Pulsen von dem Treiberkopf der Nieteinheit 276 aufgebracht, bis er geeignet sitzt.
Einer der Nietvorsprungssensoren 364A und 364B vergleicht die Länge des Nietschafts mit der Länge des erwünschten Niets, um sicherzustellen, dass der geeignete Niet geladen wurde, bevor die Treibfolge beginnt, und überwacht die Verformung des Schaftes, um sicherzustellen, dass das Nietverfahren beendet wird, wenn einmal ein erwünschter Knopf ausgebildet worden ist. Der Gegenhaltestab und die Druckfußhilfsanordnung 230 werden dann gelöst und zu einer neuen Reihe bewegt. Dieses Verfahren wird wiederholt, bis jede der drei Reihen innerhalb der Spalte gebohrt, angesenkt und geeignet genietet worden ist. Dann werden der Innen- bzw. Außenendeffektor 104 bzw. 108 entlang der x- bzw. x'-Achse bewegt, um entlang einer neuen Spalte positioniert zu werden. Dieses Verfahren wird wiederholt, bis die gesamte Überlappungsverbindung 116 geeignet befestigt worden ist.
Das vorab beschriebene Verfahren kann bei einer Mehrzahl von Mininietsystemen eingesetzt werden, welche gleichzeitig auf verschiedenen Raumabteilen eines Flugzeugrumpfs eingesetzt werden. Bei dieser Ausführungsform kann eine Gruppe von Bedienpersonen zwei oder mehr Systeme betreiben, indem ein zweites System eingestellt wird, während ein erstes System einen Betrieb auf einer Überlappungsverbindung durchführt. Auf diese Weise können Produktionsraten stark erhöht werden, ohne dass zusätzliche Arbeitskräfte erforderlich sind.
16 stellt eine Reihe von Programmanweisungen dar, welche durch die CPU 398 des Steuersystems 114 koordiniert werden, um das Mininietsystem 100 während Positionierungs-, Bohr- und Befestigungsvorgängen zu lenken. Flussdiagramme, von welchen ein Programmcode von einem Fachmann geschrieben werden kann, sind in 16–18 dargestellt.
Mit Bezug auf 16 beginnt ein Hauptprogramm 500, welches durch die CPU 398 ausgeführt wird, bei Schritt 502, indem eine Eingabe von Daten angefordert wird, welche die x- und y- wie auch die x'- und die y'-Position eines Befestigungsmittels auf einer bestimmten Reihe und Spalte der Überlappungsverbindung wie auch die Position, an welcher das Befestigungsverfahren beginnt, und die Anzahl der zu verwendenden Befestigungsmittel umfasst. Als nächstes bestimmt die CPU 398 in Schritt 504, ob die nächste zu befestigende Position diejenige eines mittleren Befestigungsmittels ist. Wenn nicht, setzt dann die CPU 398 bei Schritt 506 fort und setzt einen Merker "zuerst die Mittelreihe" und kehrt zu Schritt 502 zurück, wo sie das Mininietsystem 100 anweist, sich zu der nächsten bestimmten Position zu bewegen. Wenn die CPU 398 bei Schritt 504 feststellt, dass die ausgewählte Nietposition eine mittlere Befestigungsmittelposition ist, setzt sie bei Schritt 510 fort, wo sie überprüft, ob ein Loch bereits bei dieser Position gebohrt worden ist. Wenn ein Loch gebohrt worden ist, setzt die CPU 398 bei Schritt 512 fort und setzt einen Merker "kein doppeltes Bohren" und kehrt zu Schritt 502 zurück. Wenn jedoch noch kein Loch gebohrt worden ist, setzt die CPU 398 bei Schritt 514 fort und überprüft, ob das geeignete Bohr-/Absenkungsmodul und das Niet/Befestigungsmittelzufuhrmodul montiert worden sind. Wenn nicht, setzt die CPU 398 bei Schritt 516 fort und beginnt eine Halteschleife und setzt einen Merker "Modul austauschen". Wenn jedoch die geeigneten Module montiert worden sind, setzt die CPU 398 dann bei Schritt 518 fort und überprüft, ob der Außenendeffektor 104 ausgerichtet werden muss. Wenn ja, setzt die CPU 398 bei Schritt 520 fort und lenkt den Außenendeffektor 104, um ihn an dem nächsten Indexstift 120 auszurichten. Wenn der Ausrichtungsschritt nicht erforderlich ist, dann setzt die CPU 398 bei Schritt 522 fort, welcher das Lochbohrunterprogramm 550 aufruft.
Bei dem ersten Schritt 552 des Lochbohrunterprogramms 550, welches in 18 dargestellt ist, weist die CPU 398 den Außen- bzw. Innenendeffektor 104 bzw. 108 an, sich entlang der x- bzw. x'-Achse zu der zu bohrenden Position zu bewegen. Als nächstes bewegt die CPU 398 in Schritt 554 die Porthole-Klemmvorrichtung 232 der Druckfußanordnung 230 entlang der y-Achse, während das Gegenhalteeisen zu einer spiegelbildlichen Position auf der y'-Achse bewegt und gedreht wird. Als nächstes weist die CPU 398 in Schritt 556 die Druckfußanordnung 230 an, eine Kraft auf die Überlappungsverbindung 116 für eine bestimmte Dauer, welche in Schritt 558 ausgewählt wird, aufzubringen. Dann setzt die CPU 398 bei Schritt 560 fort, in welchem sie den äußeren Modulwagen 256 bewegt, um das Bohr/Absenkungsmodul 268 an der gewünschten Position entlang der (x, y)-Achsen der Überlappungsverbindung 116 zu positionieren. Die CPU 398 setzt dann bei Schritt 562 fort, in welchem sie die Verwendung eines Boelube auf dem zu bohrenden Bereich anweist. Nach dem Schritt 562 setzt die CPU 398 bei Schritt 564 fort, wo sie das Bohr-/Absenkungsmodul 268 anweist, sich entlang der y-Achse zu einem bestimmten Punkt zu bewegen, um das Loch geeignet zu bohren und anzusenken. Dann setzt die CPU 398 bei Schritt 566 fort und weist optional die Anwendung von Druckluft auf dem Bereich, um irgendwelche Bohrspäne zu entfernen, an. Als nächstes setzt die CPU 398 bei Schritt 568 fort, bei welchem sie die Überprüfung des Loches anweist. Die CPU 398 setzt dann bei Schritt 570 fort, wo das Unterprogramm 550 beendet und zu dem Hauptprogramm 500 zurückgekehrt wird.
Wenn das Lochbohrunterprogramm 550 abgeschlossen worden ist, setzt die CPU 398 bei Schritt 524 des Hauptprogramms 500 fort und ruft das Befestigungsunterprogramm 600 auf.
Bei dem ersten Schritt 602 des Befestigungsunterprogramms 600, welches in 17 dargestellt ist, weist die CPU 398 den äußeren Modulwagen 256 an, das Nietreib- Befestigungsmittelzufuhrmodul 254 zu positionieren, um es in Ausrichtung mit dem neu gebohrten Loch anzuordnen. Als nächstes setzt die CPU 398 bei Schritt 624 fort und weist das Befestigungsmittelzufuhrmodulsystem an, einen Niet in die Fingereinheiten 292A–D der Anordnung zu laden. Die CPU 398 setzt dann bei Schritt 626 fort, in welchem sie die Innenendeffektoranordnung 108 anweist, den Gegenhaltestab freizugeben, welcher Druck auf die innere Oberfläche der Überlappungsverbindung 116 aufgebracht hat. In Schritt 628 setzt die CPU 398 den Gegenhaltestab in eine Bereitschaftsposition zurück und die Befestigungsmittelzufuhrfinger 292A–D bringen den Niet in das neu gebohrte Loch. Die CPU 398 setzt dann bei Schritt 630 fort, wo es den Nietkopfvorsprungssensor anweist, die Länge des Schafts zu messen, welcher von der inneren Oberfläche der Überlappungsverbindung 116 hervorragt. Von dort setzt die CPU 398 bei Schritt 632 fort, bei welchem sie die gemessene Länge des Schaftvorsprungs mit einem Bereich von Tabellenwerten vergleicht, welche für den ausgewählten Niet erlaubt sind, um sicherzustellen, dass der richtige Niet in das Loch geladen wurde. Wenn die CPU 398 feststellt, dass ein falscher Niettyp in das Loch geladen wurde oder dass der Niet einen abnormalen Schaft aufweist, setzt sie bei Schritt 634 fort und setzt einen Merker und hält eine weitere Bearbeitung an. Wenn jedoch festgestellt wird, dass der Niet den geeigneten Typ und die geeignete Größe besitzt, setzt die CPU 398 bei Schritt 636 fort und weist die pneumatische Nietmaschineneinheit 276 an, gegen den Niet zu halten. Die CPU 398 setzt dann bei Schritt 638 fort, wo sie damit fortfährt, zu beobachten und mit dem Vorsprungssensor 364A und 364B fortfährt zu bestimmen, ob der verformte Schaft mit einem geeigneten Knopf einer bestimmten Höhe ausgebildet worden ist. Wenn der Knopf noch zu groß ist, kann die CPU 398 das Nietverfahren anweisen, fortzufahren, bis die geeignete Knopfhöhe erreicht worden ist. Wenn die geeignete Knopfhöhe nicht erreicht werden kann, nachdem ihre Höhe in Schritt 640 überprüft wurde, setzt die CPU 398 bei Schritt 642 fort und setzt einen Merker und hält das System 100 an. Wenn die CPU 398 jedoch feststellt, dass die Knopfhöhe innerhalb geeigneter Toleranzen liegt, beendet sie das Unterprogramm und kehrt zu Schritt 524 des Hauptprogramms 500 zurück.
Wenn das Befestigungsunterprogramm 600 einmal abgeschlossen worden ist, setzt die CPU 398 des Steuersystems 114 bei Schritt 526 des Hauptprogramms 500 fort, wo sie überprüft, um festzustellen, ob ein anderer Befestigungsvorgang durchzuführen ist, oder ob dies das letzte Befestigungsmittel auf der Überlappungsverbindung 116 war. Wenn die CPU 398 feststellt, dass noch nicht das letzte Befestigungsmittel montiert worden ist, dann setzt sie bei Schritt 528 fort und bewegt das Mininietsystem 100 zu der nächsten gewünschten Position und kehrt zu Schritt 502 zurück. Wenn die CPU 398 jedoch feststellt, dass dies der letzte Befestigungsvorgang war, welcher auf der Überlappungsverbindung 116 stattzufinden hat, setzt sie bei Schritt 530 fort und zeigt eine Anweisung auf einer Anzeige 400 an, damit das Mininietsystem von den zu bearbeitenden Raumabteilen entfernt wird.
Das Mininietsystem 100 ist einfach aufzustellen und zu verwenden und benötigt nur eine geringe Menge an Arbeitskräften und Arbeitsstunden, um aufgestellt und betrieben zu werden. Darüber hinaus passt das Mininietsystem 100 aufgrund seiner Fähigkeit durch die Komponenten, welche es zu befestigen hat, gehalten und ausgerichtet zu werden, und aufgrund seiner geringen Größe in Bereiche, welche zuvor für Bohr- und Befestigungsmaschinen nicht zugänglich waren. Vorzugsweise überschreitet das gesamte Mininietsystem 100 90kg (200 lbs.) nicht, wobei die Endeffektoren entworfen sind, weniger als 20kg (40 lbs.) und die Schienen noch weniger zu wiegen. Darüber hinaus ist das Mininietsystem klein und wurde entworfen, eine Einhüllende von 17'' entlang der y- und y'-Achsen und von 24'' entlang der z- und z'-Achsen nicht zu überschreiten. Dasselbe Entwurfskonzept, bei welchem ein kleiner, leichtgewichtiger Endeffektor durch die zusammenzubauenden Teile gehalten und relativ zu diesen ausgerichtet wird, kann in vielen anderen Bereichen einer Montage von Teilen eingesetzt werden.
Außer wenn es hier anderweitig offenbart ist, sind die verschiedenen Komponenten, welche mit einer Kontur oder Blockform dargestellt sind, individuell gut bekannt und ihre innere Konstruktion und Arbeitsweise ist nur für das Ausbilden und die Verwendung dieser Erfindung wesentlich.
Während die detaillierte Beschreibung vorab in Form von bestimmten Beispielen formuliert worden ist, ist es für den Fachmann verständlich, dass viele andere Konfigurationen verwendet werden könnten, um den Zweck der offenbarten erfinderischen Vorrichtung zu bewerkstelligen. Dementsprechend ist es klar, dass verschiedene äquivalente Modifikationen der vorab beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne den Umfang der Erfindung, wie er nur durch die folgenden Ansprüche beschränkt ist, zu verlassen.

Claims

Vorrichtung (100) zur Durchführung eines Befestigungsvorgangs auf einer Außenhautüberlappungsverbindung, welche eine erste Platte und eine zweite Platte verbindet, wobei der Befestigungsvorgang entlang einer Verbindungsstelle (116) durchgeführt wird, wobei die Vorrichtung umfasst: – eine Außenführungsschiene (102), welche auf die Verbindungsstelle ausrichtbar ist, wobei Außenindexstifte (120) verwendet werden, welche in Koordinationslöcher einfügbar sind, wobei die Koordinationslöcher auch verwendet werden, um die erste Platte und die zweite Platte an Stelle von einer Spannvorrichtung auszurichten; – einen Außenendeffektor (104), welcher in einer ersten Richtung entlang der Außenführungsschiene (102) bewegbar ist, wobei der Außenendeffektor eine Ausrichtung mit der Verbindungsstelle aufrechterhält; – einen Außensensor, um den Außenendeffektor auf die Außenindexstifte (120) ausrichten zu können; – eine Innenführungsschiene (106), welche entfernbar mit mindestens einer von der ersten oder der zweiten Platte koppelbar ist; – einen Innenendeffektor (108), welcher entlang der Innenführungsschiene (106) bewegbar ist; und – ein Innenpositionserfassungsmittel, um die Koordinationslöcher zu erfassen und sich daran auszurichten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Außenendeffektor, eine Mehrzahl von Außenmodulen (252, 254) aufweist, wobei jedes Außenmodul in einer zweiten Richtung entlang der ersten Platte und der zweiten Platte und senkrecht zu der ersten Richtung entfernbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Außenführungsschiene und der Außenendeffektor, vollständig durch die erste Platte und die zweite Platte gehalten werden können.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–3, weiter aufweisend: – einen Innenendeffektor (108), welcher ein Innenmodul aufweist, welches um eine Achse senkrecht sowohl zu der ersten Platte als auch zu der zweiten Platte drehbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–4, wobei die Außenhautüberlappungsverbindung Indexstifte (120) aufweist, welche von mindestens einem der Koordinationslöcher, welche in die Platten gebohrt sind, hervorragen, wobei die Platten einen Teil einer Außenhaut des Flugzeugrumpfs ausbilden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2–5, wobei die Außenführungsschiene eine primäre Halterungsschiene (130), eine sekundäre Halterungsschiene (132) und eine Schienen- (134A–134C) Verbindung, welche mit der primären Halterungsschiene und der sekundären Haltungsschiene koppelbar ist, aufweist, wobei die Schienenverbindung eine Öffnung (156A–156C) aufweist, welche derart ausgelegt ist, dass sie die Indexstifte, welche von mindestens einem der Koordinationslöcher hervorragen, fest aufnimmt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–6, wobei der Außenendeffektor eine Werkzeugpositionierungsanordnung aufweist, welche verwendet wird, um eine erste Antriebsanordnung auszurichten und genau zu bewegen, wobei die Werkzeugpositionierungsanordnung einen Sensor (218) aufweist, um die Indexstifte, welche von mindestens einem der Koordinationslöcher hervorragen, zu erfassen und sich an ihnen auszurichten.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–7, wobei eine erste Antriebsanordnung der Werkzeugpositionierungsanordnung ein Friktionsantriebsrad (224) und einen X-Achsenstellmotor (228) zum Antreiben des Friktionsantriebsrads aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–8, wobei der Außenendeffektor einen Bohrer und eine Nietmaschine aufweist, wobei der Bohrer mit anderen Bohrern austauschbar ist und die Nietmaschine (252, 254) mit anderen Nietmaschinen austauschbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–9, wobei die Außenführungsschiene weiter umfasst: – eine Mehrzahl von Vakuumdichtungen (152A–152F), welche auf einer Seite der primären Halterungsschiene und der sekundären Haltungsschiene angeordnet sind, die dem Flugzeugrumpf gegenüberliegen; und – ein Vakuumgenerator (144A–144F), um ein Vakuum in den Dichtungen zu erzeugen, wobei eine gemeinsame Luftdruckquelle verwendet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die primäre und sekundäre Schiene einen holen Rohrabschnitt (135A–135B) aufweisen, um den gemeinsamen Luftdruck zu verteilen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–11, wobei der Außenendeffektor weiter einen Druckfuß (230) aufweist, um einen bestimmten Druck an einem bestimmten Bereich der Außenhautüberlappungsverbindung, welche befestigt werden soll, aufzubringen.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Druckfuß eine vertikale Bewegungsanordnung (248–250) aufweist, um den Druckfuß in einer Richtung senkrecht zu der Länge der Außenführungsschiene zu bewegen.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Druckfuß aufweist: – einen Rahmen (235) mit zwei Enden, welche mit einem Fuß in Berührung mit der Überlappungsverbindung und dem Außenendeffektor gekoppelt sind; – ein Mittelgestänge (242), welches ein Mittelverbindungselement (244) aufweist und die zwei Enden des Rahmens flexibel koppelt; und – einen Luftzylinder (246), welcher mit dem Mittelverbindungselement gekoppelt ist, um die Druckmenge, welche zwischen dem Außenendeffektor und der Überlappungsverbindung aufgebracht wird, zu steuern.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4–14, wobei der Innenendeffektor einen Innenpositionsdetektor (322) aufweist, welcher die zweite Antriebsanordnung ausrichtet und genau bewegt, wobei der Innenpositionsdetektor ein Doppellasersystem (324A–324B) aufweist, um reflektierende Quadrate (128) zu erfassen und sich an diesen auszurichten, welche mit den Index stiften, die von mindestens einem der Koordinationslöcher hervorragen, gekoppelt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei das Doppellasersystem mit dem Innenendeffektor gekoppelt ist und das reflektierende Quadrat derart ausgelegt ist, dass zwei Strahlen von dem Doppellasersystem nur durch das reflektierende Quadrat reflektiert werden, wenn sich der Innenendeffektor an einer ausgerichteten Position befindet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4–16, wobei eine zweite Antriebsanordnung (336) des Innenendeffektors ein Friktionsantriebsrad (338) und einen x'-Achsen-Stellmotor (340) zum Antrieb des Friktionsrades aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4–17, wobei der Innenendeffektor mindestens ein Gegenhaltestabmodul (356) aufweist, um einen durch den Außenendeffektor getriebenen Niet aufzubringen oder um auf einer Innenoberfläche der Überlappungsverbindung einen Druck aufzubringen.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei das Gegenhaltestabmodul mindestens einen Gegenhaltestab (350, 352) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei der mindestens eine Gegenhaltestab einen Armabschnitt (380A–380B) und ein Formwerkzeug (382A–382B) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei das Formwerkzeug des Gegenhaltestabs ellbogenförmig ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, wobei das Formwerkzeug des Gegenhaltestabs Wolframkarbid umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4–22, wobei der Innenendeffektor eine drehbare Wagenpositionierungsunteranordnung (385–388) aufweist, um den mindestens einen Gegenhaltestab um eine Achse orthogonal zu der Überlappungsverbindung zu drehen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4–23, wobei der Innenendeffektor einen Nietvorsprungssensor (364A–364B) aufweist, welcher bestimmt, ob der richtige Niet in der Überlappungsverbindungsstelle angeordnet worden ist, bevor er aufgebracht wird.
Vorrichtung nach Anspruch 24, wobei der Vorsprungsdetektor aktiv den Schaft des Niets misst, wenn er aufgebracht ist, um zu bestimmen, ob ein geeignet ausgebildeter Knopf erzielt worden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei die Nietmaschine abgeschaltet wird, wenn der geeignet ausgebildete Knopf erzielt worden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15–26, wobei der Innenpositionsdetektor beim Antreffen jedes Indexstiftes den Innenendeffektor wieder ausrichtet.
Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–27 zum Bohren und Befestigen einer Außenhautüberlappung, welche zwei Abschnitte eines Flugzeugrumpfs verbindet, welcher Stringer, einen Rahmen und eine Außenhaut aufweist, welche unter Verwendung von Koordinationslöchern ausgerichtet worden ist.
Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei die Außenführungsschiene vollständig ohne den Einsatz einer Befestigung durch den Flugzeugrumpf gehalten wird.