CN101315273A - 装有测量仪器的紧固件的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种装有测量仪器的紧固件(例如，“定位”紧固件)包括一个或多个光源(例如，发光二极管)，所述光源被配置成以产生包括有关所述装有测量仪器的紧固件(例如，零件号)的编码信息的光标，其中所述光标的方向可以被用来使外部和/或内部组装系统对准所述装有测量仪器的紧固件。所述光标可被自动激发或通过从外部系统接收到的指令激发。一旦对准，所述组装系统会，例如，继续将耐久性的紧固件安装在相邻平头钉紧固件之间。

Description

装有测量仪器的紧固件的方法和设备
技术领域
在此描述的实施例一般涉及结构的组件和测试，更具体地说涉及使用智能紧固件提供有关组装系统相对于此种结构的位置和方向的信息的方法和设备。
背景技术
在航空飞行器机架结构和其他此种箱型结构的组装过程中--其中组装系统的一部分在所述结构的外部操作，而组装系统的另一部分在所述结构的内部操作，希望所述组装系统的各种组件被准确地定位和对准，以有利于组件任务的同步进行。这些任务包括，例如，安装铆钉和其他紧固件，可手动或通过使用自动组装系统完成的任务。
在自动组装系统中，有关组装系统及其末端器相对于所述结构的位置和方向的详细信息优选地予以产生和保留。解决该定位问题的一个通常方法包括用“定位”紧固件调整内部和外部组装系统的位置，其中所述“定位”紧固件在组件过程中被安装在结构界面以稳定组件。这些紧固件的位置可以由使用传统的视觉系统相机的组装系统的内部部分和外部部分进行探测。
另一种常用技术包括使用可以设置在内部结构组件的孔内的小磁体连同沿所述外表面移动直到中心(即，所述磁体)被定位的磁体面心识别器。“X”或其他这样的标记然后被标记在所述表面上，该标记然后被组装单元的外部部分上的视觉系统相机识别。
然而，这样的系统有些不精确并且一般只提供二维引导(例如，x和y位置)。而且，这种被动式的方法不是用以识别它们所处的具体结构位置。
因此，希望提供在连接和测试操作过程中改进了的紧固件以及此种紧固件的对准方法。从随后的详细描述和所附权利要求，结合附图和前述技术领域和背景技术，各种实施例的其他希望的特征和特性将变得很明显。
发明内容
本发明提供了用于利用智能紧固件的改进组装件方法的方法和设备。在一个实施例中，装有测量仪器的紧固件(例如，“定位”紧固件)包括一个或多个光源(例如，发光二极管)，用以产生对有关所述装有测量仪器的紧固件的信息(例如，部件标号)进行编码的光标，其中所述光标的方向可被用来把外部和/或内部组装系统对准于所述装有测量仪器的紧固件。所述光标可被自动激发或通过从外部系统接收的指令激发。在航空飞行器组装过程中，多个此种紧固件可被装设于一个或多个机架部件并用来自动组件各种结构。
为实现本发明目的，根据本发明提供了一种装有测量仪器的紧固件，包括：
具有第一端和第二端的紧固件主体；
位于所述紧固件主体中的电源；
位于所述紧固件主体中的控制器，该控制器电连接于所述电源；
第一光源，该第一光源装设于所述紧固件主体的第一端并可通讯联络地连接于所述控制器，所述第一光源用以当被激发时沿第一方向产生第一光标；
其中，所述控制器用以激发所述第一光源，使得所述第一光标包括关于所述装有测量仪器的紧固件的信息。
优选地，所述装有测量仪器的紧固件还包括第二光源，该第二光源装设于所述紧固件主体的第二端并可通讯联络地连接于所述控制器，所述第二光源用以当被激发时沿着第二方向产生第二光标。
优选地，所述第一方向和第二方向基本上对映。
优选地，所述第一光标包括利用包含一个或多个数字字的串行比特流的信息。
优选地，所述第一光标包括有关所述装有测量仪器的紧固件的部件身份的信息。
优选地，所述第一光源是发光二极管。
优选地，所述紧固件主体的第一或第二端形成有外螺纹并用以配装相应的螺母。
优选地，所述电源是电池。
优选地，所述紧固件主体的直径在大约0.15-0.50英寸之间。
优选地，所述控制器用以响应于外部指令而激发所述第一光源。
优选地，所述控制器用以从组装系统接收外部指令。
根据本发明另一方面，提供了一种对准组装系统的方法，该方法包括：
把装有测量仪器的紧固件装设于结构，所述装有测量仪器的紧固件在被激发时沿着第一方向产生第一光标，其中所述第一光标包括有关所述装有测量仪器的紧固件的信息；
于组装系统处检测所述第一光标；以及
基于所述第一光标的方向邻近所述装有测量仪器的紧固件对准所述组装系统。
优选地，所述方法还包括在对准步骤之后，利用所述组装系统将所述装有测量仪器的紧固件替换为永久紧固件。
优选地，所述装有测量仪器的紧固件还构作成沿与所述第一方向对映的第二方向产生第二光标，其中所述对准步骤还包括基于所述第一光标的第一方向对准所述组装系统的外部部分，以及基于所述第二光标的第二方向对准所述组装系统的内部部分。
优选地，所述方法还包括：向所述装有测量仪器的紧固件发送指令；和响应于所述指令激发所述装有测量仪器的紧固件。
根据本发明另一方面，提供了一种组件航空飞行器的方法，该方法包括：
把装有测量仪器的紧固件装设于所述航空飞行器的机架结构，所述装有测量仪器的紧固件在被激发时沿第一方向产生第一光标，并沿着与所述第一方向对映的第二方向产生第二光标，其中所述第一和第二光标包括有关所述装有测量仪器的紧固件的信息；
于组装系统的外部部分处检测所述第一光标；
于组装系统的内部部分处检测所述第二光标；
基于所述第一光标的第一方向邻近所述装有测量仪器的紧固件对准组装系统的外部部分；和
基于所述第二光标的第二方向邻近所述装有测量仪器的紧固件对准组装系统的外部部分。
优选地，所述方法还包括在所述对准步骤之后，利用所述组装系统的外部部分和内部部分将所述装有测量仪器的紧固件替换为永久紧固件。
优选地，所述方法还包括：向所述装有测量仪器的紧固件发送指令；和响应于所述指令激发所述装有测量仪器的紧固件。
优选地，对准所述组装系统的外部部分包括对准具有四个自由度的末端器。
优选地，对准所述组装系统的外部部分包括基于包括在第一光标中的信息确定装有测量仪器的紧固件的零件号。
附图说明
在下文中，将结合下面的附图描述各种实施例，其中相同的标记表示相同的元件，并且
图1是用于描述各种实施例的组件的部分切除的立体图；
图2是根据示例性实施例的装有测量仪器的紧固件的概念性截面视图；
图3是示例性装有测量仪器的紧固件的示意框图；以及
图4是使用示例性装有测量仪器的紧固件的方法的图解。
具体实施方式
下面详细的描述本质上只是示例性的并且不是为了限制所描述的实施例或所描述实施例的应用和用途。而且，没有意向受到前面技术领域、背景技术、发明内容或下面的详细描述中提到的任何明示或暗含的理论的限制。
为了说明的简单和明了，附图描绘了各种实施例构成的总体结构/或构成方式。众所周知的特征和技术的描述和细节会被省略以避免不必要地搞混其他特征。所述附图中的元件不一定是按比例描制的：一些部件的尺寸相对于其他元件可能被夸大以提高对所述实施例的理解。
列举用术语例如“第一”、“第二”、“第三”等用于区分相似的元件，而不是必须用于描述特定的空间或时间顺序。这样使用的这些词语在适当的条件下是可以互换的。例如，在此描述的实施例可以使用不同于图示或这里另外描述的那些顺序的顺序。除非另外明确地说明，“连接”表示一个元件/节点/特征被直接地连接到(或直接连通于)另一个元件/节点/特征，但不一定是机械式连接。同样地，除非另外明确地陈述，“联接”表示一个元件/节点/特征被直接或间接连接到(直接或间接连通于)另一个元件/节点/特征，但不一定是机械式连接。
术语“包含”、“包括”、“具有”及其任何变形词被同义地用于表示非排他的包括。术语、“左”、“右”、“内”、“外”、“前”、“后”、“上”、“下”和其他此类方向术语被用来描述相对位置，不一定是绝对的空间位置。术语“示例性”是在“例子”的意义上使用的，而不是指“理想的”。
为了简洁，本领域内技术人员所知的传统技术、结构和原理在此不进行描述，包括例如传统的结构设计、电子设备的基本原理、光源、发光二极管、传感器等。
通常，在此描述的各种实施例涉及一种辅助把组装系统导引到适当位置并对准的智能紧固件的形式。特别是，参照图1，示例性的组装任务包括接合结构102的一个或多个组件。在此图中，箱型结构的“外壳”104被以虚线示出，并且通常限定内部区域105和外部区域103。将会理解，示于图1中的特定梁、孔、和其他组件仅仅是例子，决不是限制可应用实施例的范围。
组装系统的两部分在图1中示出：外部部分110和内部部分120。为了参照的简便，这两个系统在这里可以分别被称为“外部组装系统”110和“内部组装系统”120，即使在实践中它们可能是独立的系统或者同一系统的两个部分。每个组装系统110典型地包括各种用以执行身边任务的末端器(end-effector)、驱动器和/或工具，并且还典型地装设于机器人装置和相关的计算机系统(图1中未示出)。
若干装有测量仪器的紧固件(instrumented fastener)(或简称为“紧固件”)130在不同位置处配装于结构102。在图示的实施例中，五个这样的紧固件(130A、130B、130C、130D和130E)被示出。为了图示不同实施例的操作，假定这些紧固件130是“定位”紧固件--即这样的的紧固件，帮助临时地稳定结构102，将被可能更结实的、永久型的第二紧固件替换，帮助将这种永久型的紧固件安装到邻近的孔内。或者，紧固件130可以就是永久紧固件。
希望内部组装系统120和外部组装系统110同步底工作以定位每个紧固件130并正确地将它们自身对准，使得任何后续的处理可以精确地执行-例如，在两个邻近的定位紧固件之间。图1中所示的情况示出位于紧固件130B上方的内部组装系统120以及位于紧固件130B下面的外部组装系统110。
为了实现这一对准，如下面更详细地描述的那样，每个紧固件130用以产生一个或多个能被组装系统110和120探测到的光标(lightbeacon)132。除了为对准提供基准外，所述光标也可包括有关各个紧固件130的特性和/或位置的编码信息(由控制器230编码)。在图示的实施例中，例如，当被激励时，紧固件130产生沿着它们的主轴向外投射的对映光标。
当移动入位时，外部组装系统110通过端口或透镜112接收光标132。同时，内部组装系统120于沿着所述结构下侧122的传感器(未示出)中接收对映光标132。组装系统120然后可基于所接收的光于所述传感器上的位置反复地移动自身而进入正确位置并对准(即，与在该图中限定的Z轴对准)。也就是说，已知技术可被用来对准所述传感器，使得该传感器被居中并相对于光标132呈现垂直。
一旦处于正确的位置和方位，组装系统110和120于是可在运动到下一个位置(例如，下一个紧固件130)之前完成所需的任务。例如，相邻紧固件130之间的已知紧固件部位的位置可被计算出，继之以在其中安装永久紧固件。
参照图2，现在将描述示例性装有测量仪器的紧固件130。在该实施例中，紧固件130包括包罩光源210、另一光源212、一个或多个电源220和控制器230的主体202。具有与该图中Z-轴对应的主轴的主体202可包括大体为中空的筒形腔240，该筒形腔足够大以安装电源220和控制器230。主体202可设置螺纹以配装相应的螺母204，由此固定结构102的组件。
主体202可包括任何合适的材料或材料的组合，包括各种塑料、陶瓷、金属和复合材料。而且，主体202可具有任何结构和尺寸，不限于图2中所示的平头紧固件。在一个实施例中，主体202大体是圆筒形的并且直径大约在0.15-0.50英寸之间。
光源210和212如此取向。使得当被控制器230激发并由电源220供电时，它们分别产生沿对映方向具有最大强度的相反方向的光标132A和132B。外部腔242和244显示为与光源210和212相邻，并用以保护光源210和212免受外部冲击和其他力的作用。
光源210和212可包括任何合适的发光部件，例如传统的发光二极管(LED)。而且，可以使用电磁波谱的可见光以外的其他部分。电源220可包括一个或多个电池，例如本领域已知的各种小型的传统锂离子电池。
图3示出了装有测量仪器的紧固件130的简化框图。从电源220接收合适电压V的控制器230通过电阻器310为LED210选择性地提供电流。控制器230可包括用以合适地控制光源210和212的硬件、软件和固件的任何组合。因此，控制器230可以包括如常规所知的微处理器、存储器、I/O。控制器230(或设置在主体202中的其他组件)也可用以通过例如无线通讯协议接收外部指令。
控制器230可周期性地、在预定的时刻，或响应于外部指令或激励激发光源210和212。也就是说，组装系统110和/或120(或装设其上的计算机系统)可用以无线地向控制器230发送指令，使得仅仅当所述组装系统接近所述紧固件130时控制器230才激发所述光源。或者，控制器230可探测所述组装系统的存在(例如，通过传统的被动或主动RFID方案)且仅当所述组装系统位于紧固件130的预定距离内时激发所述光源。
而且，如上所述，希望光标132将与紧固件130的特性和/或位置相关的信息进行编码。因此，一些数据235优选地事先存储在控制器230中。这些数据可以包括例如有关紧固件130的部件身份(part ID)、其在所述结构中的预期位置(即，其被装设其上的特定机身结构)的信息或任何其他这样的信息。
所述数据可以以任何所需的方法进行编码和传送。在一个实施例中，例如，所述数据作为数字字(digital word)进行储存，并通过以适当的时钟频率调整光标的强度而作为光标132内的串行比特流进行传送。强度的调整于是可由装设于组装系统的末端器中的传感器读取。
参照图4，利用示例性的装有测量仪器的紧固件来对准组装系统的方法包括：把装有测量仪器的紧固件装设于一个结构(方框410)；将指令发送到所述装有测量仪器的紧固件以激发所述装有测量仪器的紧固件(方框420)。当被激发时，所述装有测量仪器的紧固件沿着第一方向产生第一光标。所述第一光标可包括有关所述装有测量仪器的紧固件的信息。所述装有测量仪器的紧固件也可沿着与所述第一方向对映的第二方向产生第二光标。
所述光标在所述组装系统处被探测(方框430)。组装系统基于光标的方向邻近所述装有测量仪器的紧固件对准(方框440)。例如，所述组装系统的外部部分基于所述第一光标的第一方向被对准，而所述组装系统的内部部分被基于所述第二光标的第二方向被对准。在一些实施例中，对准所述组装系统的外部部分包括对准具有四个自由度的末端器。在一些实施例中，对准所述组装系统的外部部分包括基于包括在第一光标中的信息确定装有测量仪器的紧固件的零件号。
所述方法还可包括利用所述组装系统用永久紧固件替换装有测量仪器的紧固件(方框460)。
虽然在上述详细描述中提供了至少一个示例性实施例，应该认识到存在大量的改变。也应当认识到所述示例性实施例只是例子，并且不是为了以任何方式限制所描述的实施例的范围、适用范围、或结构。相反地，更确切地，所述在前详细描述将给本领域的技术人员实现所述示例性的实施例提供方便的路线。应当理解在不背离所附权利要求及其等同物阐述的范围内可在元件的功能和布置上作各种改变。

Claims (20)

1.一种装有测量仪器的紧固件，包括：
具有第一端和第二端的紧固件主体；
位于所述紧固件主体中的电源；
位于所述紧固件主体中的控制器，该控制器电连接于所述电源；
第一光源，该第一光源装设于所述紧固件主体的第一端并可通讯联络地连接于所述控制器，所述第一光源用以当被激发时沿第一方向产生第一光标；
其中，所述控制器用以激发所述第一光源，使得所述第一光标包括关于所述装有测量仪器的紧固件的信息。
2.如权利要求1的装有测量仪器的紧固件，其中，还包括第二光源，该第二光源装设于所述紧固件主体的第二端并可通讯联络地连接于所述控制器，所述第二光源用以当被激发时沿着第二方向产生第二光标。
3.如权利要求2的装有测量仪器的紧固件，其中，所述第一方向和第二方向基本上对映。
4.如权利要求1的装有测量仪器的紧固件，其中，所述第一光标包括利用包含一个或多个数字字的串行比特流的信息。
5.如权利要求1的装有测量仪器的紧固件，其中所述第一光标包括有关所述装有测量仪器的紧固件的部件身份的信息。
6.如权利要求1的装有测量仪器的紧固件，其中所述第一光源是发光二极管。
7.如权利要求1的装有测量仪器的紧固件，其中所述紧固件主体的第一或第二端形成有外螺纹并用以配装相应的螺母。
8.如权利要求1的装有测量仪器的紧固件，其中所述电源是电池。
9.如权利要求1的装有测量仪器的紧固件，其中所述紧固件主体的直径在大约0.15-0.50英寸之间。
10.如权利要求1的装有测量仪器的紧固件，其中所述控制器用以响应于外部指令而激发所述第一光源。
11.如权利要求10的装有测量仪器的紧固件，其中所述控制器用以从组装系统接收外部指令。
12.一种对准组装系统的方法，该方法包括：
把装有测量仪器的紧固件装设于结构，所述装有测量仪器的紧固件在被激发时沿着第一方向产生第一光标，其中所述第一光标包括有关所述装有测量仪器的紧固件的信息；
于组装系统处检测所述第一光标；以及
基于所述第一光标的方向邻近所述装有测量仪器的紧固件对准所述组装系统。
13.如权利要求12的方法，其中还包括在对准步骤之后，利用所述组装系统将所述装有测量仪器的紧固件替换为永久紧固件。
14.如权利要求12的方法，其中，所述装有测量仪器的紧固件还构作成沿与所述第一方向对映的第二方向产生第二光标，其中所述对准步骤还包括基于所述第一光标的第一方向对准所述组装系统的外部部分，以及基于所述第二光标的第二方向对准所述组装系统的内部部分。
15.如权利要求12的方法，其中还包括：
向所述装有测量仪器的紧固件发送指令；和
响应于所述指令激发所述装有测量仪器的紧固件。
16.一种组件航空飞行器的方法，该方法包括：
把装有测量仪器的紧固件装设于所述航空飞行器的机架结构，所述装有测量仪器的紧固件在被激发时沿第一方向产生第一光标，并沿着与所述第一方向对映的第二方向产生第二光标，其中所述第一和第二光标包括有关所述装有测量仪器的紧固件的信息；
于组装系统的外部部分处检测所述第一光标；
于组装系统的内部部分处检测所述第二光标；
基于所述第一光标的第一方向邻近所述装有测量仪器的紧固件对准组装系统的外部部分；和
基于所述第二光标的第二方向邻近所述装有测量仪器的紧固件对准组装系统的外部部分。
17.如权利要求16的方法，其中还包括在所述对准步骤之后，利用所述组装系统的外部部分和内部部分将所述装有测量仪器的紧固件替换为永久紧固件。
18.如权利要求16的方法，其中还包括：
向所述装有测量仪器的紧固件发送指令；和
响应于所述指令激发所述装有测量仪器的紧固件。
19.如权利要求16的方法，其中，对准所述组装系统的外部部分包括对准具有四个自由度的末端器。
20.如权利要求16的方法，其中，对准所述组装系统的外部部分包括基于包括在第一光标中的信息确定装有测量仪器的紧固件的零件号。
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