用于确定孔深度的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及多层结构的制造。具体地，本发明涉及在结构中(特别是在多层结构中)形成的孔的孔深度的测量。
【背景技术】
[0002]在制造许多不同产品时，需要将相同或不同材料的多个层彼此附接。这可以通过穿过多个材料层进行钻孔或机器加工而形成孔并且将伸长的固定装置(诸如铆钉(rivet)、螺丝(s cr ew)或螺栓(bo 11))插入孔中来执行。
[0003]在某些情形下，剩余孔的深度或材料的厚度不是关键的，或者根据设计图和来自被钻孔和固定的部件的制造商的已知因素，已知深度或厚度达到足够程度。在这些实例中，可以基于根据设计和部件指定处理而已知的设计参数来选择螺栓或铆钉。
[0004]然而，在其他应用中，被固定的材料的厚度可能不是已知的，这可以归因于由用于使材料紧固在一起的制造处理所产生的制造容限。另外，在某些应用中，准确地将固定装置的长度与孔的深度非常精确地匹配是重要的。这在高精确性和安全性关键产品(诸如飞行器部件和组件)中是特殊问题。该问题会特别出现在使用多个不同材料层的情况下，特别是在使用复合物的情况下，复合物的厚度可以根据复合部件中的纤维制品的特定铺叠(Iay-UP )而变化。
[0005]因此，在一些情况下在选择用于将多个部件固定在一起的适当尺寸的固定装置之前需要准确地测量孔深度。
[0006]因此，本发明寻求解决这些问题并且提供改进的制造和组装处理。
【发明内容】
[0007]本发明的第一方面提供了一种确定要定位在机器加工孔中的部件的长度的方法，包括下述步骤:
[0008]使用机器来在工件中形成从工件的第一表面通过工件而至工件的第二表面的至少一个孔；
[0009]在形成孔期间，监视表示机器的工具上的负载的工具负载信号；
[0010]根据工具负载信号来确定从工件的第一表面至工件的第二表面的、孔的深度；以及
[0011]基于所确定的孔深度来确定针对要定位在孔中的部件的指定长度。
[0012]本发明的方法允许基于在形成孔时所收集的数据来自动确定使用孔形成机器所制成的一个或多个孔的孔深度，这消除了对其他深度测量操作的需求。
[0013]该方法还可以包括在工件中形成孔阵列。这使得能够在形成孔阵列期间测量更大的孔阵列。
[0014]工件可以是包括多个部件的组件，多个部件是使用要定位在要钻的孔中的固定装置而固定在一起的。
[0015]工件可以包括组件，优选地包括多个板材(sheet material)层。
[0016]工件可以包括飞行器的机翼部件。
[0017]确定孔深度可以包括将偏移值应用于根据工具负载信号所确定的、计算的孔深度。这使得能够基于孔形成操作、工件或形成孔的工具的已知参数来对计算的孔深度进行校正。
[0018]偏移值可以是基于工件的一种或多种材料的性质来选择的。
[0019]偏移值可以是基于工具的性质来选择的。
[0020]确定孔深度的步骤可以包括:确定阈值，在该阈值以上工具负载指示孔正在被形成；以及确定负载保持在该阈值以上的长度。这使得能够简单处理负载信号以确定计算的孔深度。对负载信号的处理可以实时地发生，或者可以在形成孔之后针对负载信号的存储记录来执行。
[0021]确定孔深度可以包括确定针对工具负载信号的工具突破(tool breakthrough)阈值，基本上在该工具突破阈值处或在该工具突破阈值以下，工具被确定为已穿透工件的相对表面。工具突破表示工具的端部已完全穿透工件的相对表面以形成通过整个工件的完整且基本上一致的最小孔径(bore diameter)。
[0022]工具突破阈值可以是基于突破之前的工具负载信号的值来确定的。这可以说明在形成孔的主孔(main bore)期间的工具负载值。
[0023]工具突破阈值可以是基于突破之后的工具负载信号的值来确定的。这使得在确定工具端部突破时能够说明甚至在端部已经离开工件之后仍存在工具上的负载。
[0024]工具突破阈值可以是基于突破之前的工具负载信号的值与突破之后的工具负载信号的值之差来确定的。这使得在确定工具突破的点时能够说明这两个值。
[0025]工具突破阈值可以是基于突破之前的负载信号的平均值来确定的。
[0026]工具突破阈值可以是基于突破之后的负载信号的平均值来确定的。该求平均使得能够将由于振动所产生的变化和工件的变化从负载信号中消除，以避免由信号的快速波动引起的显著误差。
[0027]本发明还提供了一种电子装置，该电子装置被布置成基于工具负载信号来确定在工件中所钻的孔的、从工件的第一表面至工件的第二表面的深度，该工具负载信号表示在由机器形成孔期间在孔形成机器的工具上的负载。
[0028]该装置可以被配置成执行确定步骤、计算步骤或指定步骤中的任一步骤，并且该装置可以包括在与形成孔的机器分离的计算机中，或者可以包括在形成孔的机器中。本文中所描述的步骤中的一些步骤可以在形成孔的机器上执行，并且之后的步骤或其他步骤可以在第二分离的计算装置上执行。
【附图说明】
[0029]现在将参照附图来描述本发明的实施例，在附图中:
[0030]图1示出了飞行器机翼的示意性机翼图；
[0031]图2示出了图1的组件上的要钻孔的位置的示例；
[0032]图3示出了可以在执行本发明时使用的机器；
[0033]图4示出了用在实施例中的计算机控制的钻孔机的示意图；以及
[0034]图5示出了用在本实施例中的通过钻孔穿过工件的距离的工具上的负载的曲线图。
【具体实施方式】
[0035]图1示出了机翼图10。该机翼图示意性地示出了机翼的一部分的轮廓以及示出了各个孔的行11、12的图，诸如螺栓的固定装置将通过各个孔放置以将一个或多个外翼层附接至机翼组件的翼肋(rib)和/或翼梁(spar)，机翼组件包括一个或多个机翼蒙皮(wingcover)以及一个或多个翼梁和翼肋。行11表示下述孔:所述孔将被钻成使得固定装置能够将机翼外蒙皮附接至翼梁。行12表示下述孔:所述孔将被钻成使得固定装置能够将机翼外蒙皮附接至翼肋。组件中要钻的每个孔的位置将被存储为相对于基准点13的X维、Y维以及优选地Z维坐标的集合。还将对每个孔分配对于在该部件上的孔而言唯一的单独标识码。
[0036]在初始机翼图中，不存储孔的深度值，这是因为孔必须恰好穿过组件。由于在组件中使用的材料的制造容限，所以可能不知道孔深度达到足够精确度，直到已经钻了孔为止。这会意味着，由于关于在组件中使用的材料的厚度的容限变化，所以一旦钻了所有的孔，则需要使用手动操作工具来测量每个孔的精确深度的手动动作。对孔深度的测量可以在单独的操作中使用在已经钻了孔之后插入孔中的手动操作工具来执行，以测量从在孔的第一侧的表面至在孔的另一侧的表面的距离。该手动测量的孔深度然后可以用于针对所测量的孔而选择适当尺寸的固定装置。手动测量处理是足够准确的，但是会需要大量时间和工作量，并且因此会是漫长且耗时的。
[0037]图2示出了通过要在图1的机翼图中所示的全部位置之一处钻孔的一组部件的截面。翼肋脚(rib foot)21和至少机翼蒙皮22被夹紧或以其他方式保持在彼此相对的位置，以准备好要在由23处的虚线所示的位置处钻孔。其他部件可以包括在组件中。
[0038]一旦已经钻了孔23，在图3中示意性地表示的组件30将通过将螺栓31定位在所钻的孔中来紧固，而垫圈32和螺母33将被定位在螺栓上以将组件固定在如图3所示的位置中。组件30可以包括图2所示的部件或其他机翼部件或任一组件的部件中的任一个。
[0039]在某些实现方式中并且特别是在制造飞行器部件时，关键的是，在组件处理期间适当地指定螺栓31以使得其轴长度足以使得垫圈32和螺母33能够准确地定位且牢固地固定在适当位置。螺栓31可以是埋头的，以保持与被固定的组件的外表面齐平。另外，在某些实现方式中，螺栓的轴在最终组件中的工件内必须无螺纹。另外，可能需要确保螺栓31也不太长，以防止螺栓31从螺母33过度突出。另外，在飞行器制造中，重要的是，每个部件在整个处理中是完全可追踪的，因此指定的螺栓或螺栓类型必须被指定并且可追踪地记录为在已在图1的机翼图上所示的每个位置处插入。出于该原因，需要准确地测量通过组件所钻的孔23的深度，从而能够针对组件中的每个单