拼板飞机机身的自动装配的制作方法

背景技术：

商业飞机机身可以具有拼板蒙皮结构。例如，拼板机身(panelized fuselage)可以包括连接着框架的机身面板，像冠状面板，侧面板以及龙骨板。冠状面板主要受到拉伸荷载，侧面板大部分受到窗与门周围的剪切与压力荷载再分配，以及龙骨板基本受限于来自龙骨横梁的轴压与荷载再分配。

用于装配大型商业飞机的拼板机身的设备可以包括，具有固定在平台上的装配架与固定装置的大平台空间。这些装配架与固定装置用于将各种面板装配进机身。

大型商业飞机的拼板机身的装配是非常劳动密集型的。由于过于依赖人工劳动力，生产率不断的变化。生产率的改变可能加长生产时间。

将期待去创建用于装配大型商业飞机机身的更稳定的环境。

技术实现要素：

根据本文的一个实施例，用于装配飞机机身的设备包含多个可移动吊架。每个吊架被配置以支持机身龙骨构造，以及在单个直立建造位置上装配拼板机身。

根据本文另一个实施例，装配多个飞机机身的方法包含将可移动吊架移动到装配平台的不同位置，并且使用可移动吊架向上装配拼板机身，而不改变机身的方向。

根据本文另一个实施例，装配飞机机身的方法包含加载龙骨构造到吊架上，将支架安装到平台网格，在龙骨构造上定位平台网格与支架，以及将支架安装到龙骨构造，并且在平台网格上定位下面板(lower panel)。吊架、平台网格以及龙骨构造用于支持下面板。

本文的一个方面涉及用于装配飞机机身的设备。此设备包括多个可移动吊架，其中每个吊架被配置以在单个直立建造位置上支持机身龙骨构造与装配拼板机身。

在一个示例中，此设备也包括容纳多个装配单元的装配平台，装配单元不具有固定在平台上的装配架或固定装置。

在一个变体中，此设备也包括用于移动机身面板与其他构造穿过平台到选择的单元的起重机。

在一个替代中，此设备也包括用于执行机身紧固操作的多个机器人，机器人可移动到选择的单元。

在此设备的另一个示例中，将机器人编程用于利用机身特征以构建独立的参考框架，并且相对于这些参考框架执行随后的行动与机器操作。

在此设备的另一个变体中，用自动导航载具移动吊架与机器人。

在此设备的另一个替代中，每个机器人包括用于执行机身紧固操作的末端执行器(end effector)，用于定位末端执行器的定位系统，以及控制装置，其被编程以控制定位系统以便移动末端执行器经过系列的紧固位置，并控制末端执行器以在那些系列位置上执行紧固操作。

在此设备的另一个示例中，机器人包括用于执行机身上部的纵向拼接与圆周拼接的高机器人，以及用于执行机身下部的圆周拼接的矮机器人。

在另一个变体中，此设备也包括用于移动机身面板和其他构造穿过设备到选择的吊架的起重机。

在另一个替代中，此设备也包括用于控制吊架、起重机和机器人的安置、顺序以及操作的装置。

在此设备的另一个示例中，安置、顺序以及操作包括使用一组机器人以在第一单元里执行紧固操作，以及在第一单元的紧固操作已经完成后，接着将该组机器人移动到第二单元。

在此设备的另一个变体中，此装置被编程用于控制起重机、吊架以及机器人以便：加载龙骨构造到一个吊架上；加载平台网格到龙骨构造上，所述平台网格具有定位于龙骨构造上的支架；以及当使用吊架、平台网格以及龙骨构造中的一个以支持下面板时，将下面板定位在平台网格上。

本文的另一个方面涉及装配多个飞机机身的方法。此方法包括将可移动吊架移动到装配平台上的不同位置，以及使用吊架以在不改变机身方向情况下向上装配拼板机身。

在此方法的一个示例中，装配每个拼板机身包括：加载龙骨构造到选择的吊架上；使用行列式装配孔(determinant assembly hole，即DA孔)以将支架钉到平台网格；将平台网格与支架定位到龙骨构造上，以及使用行列式装配孔以将支架钉到龙骨构造；以及当使用吊架、平台网格与龙骨构造以支持下面板时，使用行列式装配孔将下面板钉在平台网格上。

本文另一个方面涉及装配拼板飞机机身的方法。此方法包括：加载龙骨构造到吊架上；将支架安装在平台网格；将平台网格与支架定位到在龙骨构造上，以及将支架安装在龙骨构造上；以及当使用吊架、平台网格以及龙骨构造以支持下面板时，使用行列式装配孔以将下面板定位在平台网格上。

在一个示例中，此方法也包括将下面板与撑杆分离开，加载上面板到撑杆上，以及将上面板装配到下面板。

在此方法的另一个示例中，行列式装配(DA)孔被用于将支架定位在平台网格与龙骨构造上。行列式装配孔也被用于将下面板定位在平台网格上，以及将上面板相对于下面板定位。

在此方法的另一个变体中，DA孔被对齐，平台网格被钉到龙骨构造，下面板被钉到平台网格并被平台网格加固，以及上面板被钉到下面板以便先于拼接获得机身部分的整个轮廓。

在此方法的另一个替代中，人工执行钉操作。

在此方面的另一个示例中，所有行列式装配定位孔在机身构造内部。

本文所述的术语“示例”，“变体”，以及“替代”可交换使用。

这些特征与功能可以独立的在各种实施例中达成，或可以在其他实施例中被结合。更多的实施例细节可以参看以下具体实施方式与附图。

附图说明

图1是用于装配飞机机身的设备的图解说明。

图2A-2T是装配多个机身的示例的图解说明。

图3是用于执行机身紧固操作的机器人的图解说明。

图4是先进的紧固操作的图解说明。

图5是执行机身直立建造的方法的图解说明。

图6A-6E在直立建造流程的各种阶段期间的机身图解说明。

具体实施方式

参考图1，其图解说明用于装配飞机机身的自动化设备110。设备110包括装配平台120。例如，平台120可以包括具有适当的承载能力的一个或更多厚水泥板。水泥板可以相对的平且光滑。不像传统的装配设备，设备110不具有固定在平台120的机身装配装配架与固定装置。

在一些实施例，装配平台120足够大以容纳多装配区域或装配单元。在每个装配单元里，机身可以被装配。多装配单元允许多机身同时被装配。

设备110还包括多个可移动吊架130。每个吊架130被配置以支持机身龙骨构造并在单个直立建造位置装配拼板机身。拼板机身的单个直立建造位置指的是如下流程，其开始于龙骨构造并在不改变机身方向的情况下向上增加面板。

在一些实施例中，每个吊架130可以被自动导航载具(AGV)移动穿过装配平台120。在其他实施例中，每个吊架130可以被吊车或叉车移动穿过平台120。

设备110还包括用于移动机身面板与其他构造穿过平台120到选择的装配单元的起重机140。例如，起重机140可以包括起重机，其用于在第一位置提起机身面板或平台网格，以及将面板或平台网格安置在选择的装配单元的吊架130上。

设备110还包括用于执行机身紧固操作的多个机器人150。机身紧固操作的示例包括，但不限于，钻孔，紧固件插入，以及紧固件固定。

机器人150可移动到选择的单元里的吊架130一旁的位置。考虑示例，其第一与第二吊架130在服务中，用于装配第一与第二机身。当将多个机器人150中的其他穿过平台120移动进入第二吊架130一旁的位置时，将多个机器人150中的一些穿过平台120移动进入第一吊架一旁的位置。其他机器人150可以在装配平台120上的其他位置。可以将其他机器人定位在仓库或维修站。

在一些实施例中，每个机器人150可以被自动导航载具(AGV)移动穿过平台120。在其他实施例中，每个机器人150可以被AGV与手动辅助载具的结合移动穿过平台120(例如，起重机，叉车)。任意AGV或手动辅助载具可以用于将机器人150穿过平台120移动到选择的单元。(在操作期间，AGV用于在多个区域中将机器人150沿着机身的长与圆周移动以完成钻孔与紧固任务。)

设备110的一些实施例可以还包括控制中心160，用于控制吊架130、起重机140与机器人150的定位、顺序以及操作。控制中心160可以包括计算机系统，并且其可以被放置于装配平台120之上，为操作人员与摄像系统可视化观察装配操作提供高视野(high view)。吊架130、起重机140、机器人150可以与控制中心160无线通信。控制中心160也可以负责控制机器人150以避免自动制造操作冲突与破坏；确定何时一个机器人150需要被来自仓库或维修站的其他机器人150替换；以及在机身上钻孔/紧固操作期间不一致发生时，作出维修/替换的决定。

在其他实施例中，吊架130、起重机140以及机器人150可以被以人工智能编程，其使能这些系统以独立的执行某些操作。独立的操作降低中心控制的负担，以及分配一些负担到吊架130、起重机140以及机器人150。

图2A-2T图解说明示例，其多机身被自动设备110装配。吊架130、起重机140与机器人150的控制可以被控制中心160单独执行，或被中心控制与独立控制的组合执行。

图2A图解说明设备110的示例，其具有单个起重机140与装配平台120，其具有两个装配单元210，馈送线区域220，与机器人停放区域230。单元210不具有固定于平台120的机身装配装配架或固定装置。每个单元210仅具有用于指示吊架位置、机器人路径等的标记。可以将装配平台120用嵌入在平台120、激光投影等等里的油漆、胶带、无线射频识别标签做标记。如下文所解释的，标记不需要精确。

馈送线区域220是将接收机身材料的区域。同样也是运输建造机身的区域。

将空置机器人150安置在机器人停靠区域230。在此示例中，机器人150包括两个不同类型：高机器人150a，其执行整个机身上的纵向拼接，与机身上部的圆周拼接(例如，到在桁梁0上的冠状的顶部)；以及矮机器人150b，其执行机身下部的圆周拼接。每个机器人150a与150b可以被AGV移动。基于预编程路径与装配平台标记，AGV可以找到单元210。

图2A不展示任何吊架(cradle)130，也不展示控制中心160。图2A展示在装配任何机身之前的设备110。装配平台120是空闲的。

图2B展示第一机身装配的开始。将第一吊架130(通过底层AGV)移动进入馈送线区域220。

图2C展示在将第一吊架130移动进入六个装配单元210的第一个内后的第一吊架130。可以将吊架130相对于第一装配单元210的平台120上的精确标记定位。在此示例中，将第一吊架130移除进入下层最左边的单元210。然而，可以将其移动进入其他五个单元210的任意一个。装配单元210的选择是不随机的，而是基于速度和开始次序(其确定用户定制的可选硬件)。为了避免冲突，此选择通过AVG控制所有移动的路径与时间。

将第一吊架130移动进入选择的装配单元210，可以将机身组件移动到馈送线区域220。图2C展示位于馈送线区域220里的前部龙骨构造。前部龙骨构造与随后的组件可以在巨大的交通/运输固定装置里被转移到馈送线区域220，其可以被叉车移动。在将第一吊架130移动到选择的装配单元210后，移动第一吊架130的AGV 135返回到馈送线区域220。

图2D展示被安置前部龙骨构造上的起重机140。起重机140抬起前部龙骨构造并且将其在吊架130上移动，并且将龙骨全部构造放置的吊架130上，如图2E所示。起重机140自动负责将构架运输到装配单元210。一旦将龙骨构架安置在吊架130上，起重机140可以手工控制以降低吊架130上的龙骨构造。起重机140可以具有用于定位吊架130上的初始构造位置的视觉系统。起重机视觉系统也可以用于避免冲突。

吊架130上的龙骨构造精确定位是不要求的。龙骨构造只需要被安置在吊架130的吊臂132上，以及被降低进入其里。吊臂132被沿等高线设置以引导龙骨构造到初始位置。

吊架130可以被分成多个部件130a-130d。在此示例中，将前部龙骨构造放置在两个部件130a与130b上，其一起串联移动以避免龙骨构造上的任何预负载。吊架130可以具有x，y以及z轴定位系统(未示出)以规定相对于吊臂132的龙骨构造的位置(同此，相对于平台标记的吊架130位置不需要精确)。

同时，中部龙骨构造正被移动进入馈送线区域220。起重机140将前部龙骨构造降低到吊架130上之后，起重机140返回馈送线区域220。

如图2F所示，起重机140将中部龙骨构造移动到吊架130上。如图2G所示，接着起重机140将中部龙骨构造放置在吊架130的部件130c上。x，y，以及z轴定位系统改进中部龙骨构造的位置。

供应尾部龙骨构造并将其安置在吊架130的部件130d上。当尾部龙骨构造被安置时，平台网格(floor grid)被移动进入馈送线区域220(图2H)。如图2I所示，起重机将平台网格移动并安置在龙骨中部与尾部构造上。

如图2J，2K以及2L所示，起重机140接着将前部，中部以及尾部侧面板移动到龙骨构造上。将侧面板固定(例如，钉)到龙骨构造。

如图2M与2N，接着起重机140将鼻，前部，中部以及尾部冠状面板移动到侧面板上。将冠状面板固定到侧面板。

可以利用行列式装配孔执行侧面板与冠状面板的标引，其准确的钻进像框架，支架以及平台横梁的构造组件里。行列式装配孔的使用在下列图4中有更具体的描述。

接着将面板与龙骨构造紧固在一起。如图20所示，向一组四个高机器人150a发布命令以从机器人停靠区域230移动到第一单元210。将高机器人150a引入以执行高位操作。如图2P所示，接着机器人150a关于机身安置自己。机器人150a可以识别机身中的行列式孔，或可以识别其他特征。机器人150a利用这些特征确立相对于机身的参考独自框架。随后的移动与机器操作将关于这些参考框架执行。

一旦被安置，高机器人150a执行纵向的拼接与上部圆周拼接(矮机器人150b将执行剩下的圆周拼接)。在拼接期间，将蒙皮面板紧固到蒙皮面板。对于纵向拼接，搭接头(lap join)可以用于将蒙皮面板紧固到蒙皮面板。可以将内部构造像桁梁与剪切部分(shear ties)附加到搭接头。对于圆周拼接，对接头(buttjoin)可以被用于紧固蒙皮面板到蒙皮面板。也可以将内部构造像拼接板、剪切部分、桁梁以及桁梁拼接与对接头紧固在一起。

在高机器人150a执行远距离操作后，将矮机器人150b从停靠区域230(图2Q)引入以执行低位操作。矮机器人150b确立相对于机身的独自参考框架，执行随后的移动，以及相对于这些参考框架执行较低的圆周拼接。

当正执行紧固操作时，可以对其他机身进行装配。如图2Q所示，将第二吊架130移动到第二装配单元210，以及将第二机身的龙骨构造载上第二吊架130。

如图2R所示，正对两个额外机身执行装配。在高机器人150a完成第一单元210里机身上的操作后，可以将这些机器人150a移动到第二装配单元210以执行第二机身上的操作。可以将额外的高机器人移动到第三单元以执行第三机身上的操作。在矮机器人150a完成在第一单元210里机身上的操作，可以将其移动到第二单元210或回到机器人停靠区域230。

如图2S所示，对额外机身进行装配直到所有六个单元210被占据。如图2T所示，当机身装配完成时，将完成的机身被吊架130移动离开平台120。可以将完成的机身移动到用于清洁、密封以及上油漆的位置。

本文所公布的是自动化装配设备，其为了多机身的完全同时集成而利用顺序工作的可移动吊架，起重机以及多机器系统。因为机身装配是自动化的，对于人工劳动力的依赖将大幅减少。因此，生产环境变得更加稳定。

装配设备的平台空间是可重新配置的。因为没有固定装置(fixture)或装配架(jig)被固定在装配平台，装配单元可以被重新分配，以及单元之间的空间可以被改变。可重新配置平台空间也有助于多生产线。如果一种型号的供应链变得紧缩，平台空间可以被重新配置以生产其他模块直到供应链恢复。

装配设备的规模是可变的。为了提高生产率，或转换到新的生产线，对平台空间进行延伸或重新配置。现存的机器人可以用于服务于新单元。

不同类型的机身可以在相同时间建于不同的单元内。当机器人从一个单元移动到另一个单元时，可以改变其程序与/或操纵装置。

现在参考图3，其图解说明机器人150的示例。机器人150包括末端执行器(end effector)310，其被配置以进行机身拼接。末端执行器310还可以被配置以执行操作包括但不限于检测、密封应用以及电磁箝位。

机器人150可以具有用于移动与定向末端执行器310的定位系统(positioning system)320。例如，x-y-z推动器(mover)322的结合体以及球形腕324，提供为相对于机身表面定位末端执行器310提供六个自由度。机器臂326可以使能末端执行器310以达到机身的腹部与冠部。

机器人150可以包括AGV 330，其提供额外的自由度。AGV 330将机器人150移动穿过装配平台。在操作期间，AGV 330也将机器人150沿着机身安置。

机器人150可以包括辅助安置的视觉系统340。例如，机器人150被编程移动到装配单元里的大概位置。视觉系统340接着侦测关键特征(例如，蒙皮面板的边缘，纵向与圆周拼接上被钻的孔)，其提供参考框架。

一旦确立参考框架，机器人使用参考框架移动到“工作行程”。例如，AGV 330将机器人150相对于参考框架移动精确的位移距离。机器人可以在工作行程内的所有位置执行钻孔，紧固操作。

控制装置350可以运行NC程序，其命令机器人150执行其操作。在一些实施例中，操作可以包括先进的紧固流程，其可以在拼接的每个位置上执行。

现在参考图4，其图解说明先进的紧固流程(one-up fastening process)。例如在方框410里，利用安装在机器人末端执行器150上的电磁铁，与机身另一侧(内侧)上的钢板，将拼接构造夹紧。可以利用机身框架上的关键特征，手工的或机器的将钢板安置。在先进的流程中，钳子不仅保持两个或更多零件在一起，也防止被钳零件之间的层间毛刺。其也防止来自被钳零件之间的密封泄漏。因为被钳零件之间没有碎片或毛刺，先进的流程改进联结的疲劳强度。

在方框420中，进行钻孔并打埋头孔。在方框430中，对被钻的孔与埋头孔进行检测。在方框440中，紧固件被插入在被钻的孔中。如果用螺栓联结，也可以应用密封剂。可以机器的执行这些步骤。

在方框450中，紧固件被固定。例如，如果紧固件是螺栓，可以将衬圈和螺帽放置在螺栓的螺纹端并拧紧。如果紧固件是铆钉，可以将铆钉托杆用于翻转(或铆住)自由端。可以机器的或人工的执行紧固件固定。

在方框460中，松开拼接构造。此后，将末端执行器310沿着拼接安置在新的位置。重复在方框410到460中的功能。

一旦所有拼接都在机器人工作行程中进行，AGV 330沿着机身移动机器人150到新工作行程中。在新的工作行程中执行额外的拼接。

图5图解说明在单个直立建造位置中装配拼板机身的方法。在一些实施例中，面板包括蒙皮与底层加固构造。面板也可以包括集成框架(例如，箍框架)。

参考图6与图5的方框510。将龙骨构造610装载到吊架130上。在一些实施例中，龙骨构造610可以包括龙骨面板与集成龙骨横梁。可以将龙骨构造610作为单元构造装载，或将其分块装载(图2C到2H展示将龙骨构造分块装载)。接着将龙骨构造对齐与弄平。

参考图6B与图5的方框520。装配支架630连接到平台网格620，并且将支架630降低到龙骨构造610的面板上。平台网格620包括平台横梁，垂直支架与其他组件(例如，座椅导轨，平台接头，间断构件)。将装配构造安置与降低到龙骨构造610上，并且将装配支架630紧固到龙骨构造610。

参考图6C与6D以及图5的方框530。将下(例如，侧)面板640装载，并且装配到平台网格620的平台横梁上。支架630，龙骨构造610以及吊架130被用于支持下面板640。在一些实施例中，将下面板640作为单元构造装载。(在图2J，2K与2L所示的示例中，将下面板分块装载。)在图6C与6D所图解说明的示例中，将左下面板640装载并连接(图6C)，以及接着将右下面板640装载并连接(图6D)。撑杆650可以用于支持下面板640的自由端。

另外参考图6E与图5的方框540。将上(例如，冠部)面板660装载。可以将上面板660作为单元构造装载，或者可以将其分块装载(如图2M到2N所示)。在图6E中，将上面板660装载到撑杆650上，并将其装配到下面板640上。

行列式装配(DA)孔可以用于定位各种面板。第一组DA孔可以用于定位装配支架630上的平台网格620；第二组DA孔可以用于定位龙骨构造上的装配支架630；第三组DA孔可以用于定位平台网格620上的下面板640；第四组DA孔可以用于相对于下面板640定位上面板660。一旦DA孔被对齐排列，机械师可以手工地钉行列式装配孔。

通过遵循图5的方法，机身部分的整体轮廓先于拼接获得。

在一些实施例中，所有的DA孔内置于机身构造(大部分在加固构造，像框架，支架以及平台横梁)，并且没有DA孔被定位在龙骨构造或机身蒙皮面板的任何外部构造上。这些DA定位孔可以是精确的被机器加工于内部构造上。

在一些实施例中，机身部分的前部与尾部舱壁可以作为初始标引板使用。这些板子用于保持舱壁与龙骨构造之间的垂直关系。这保证所有面板的集合产生正确的圆柱形状。