CN106425452B - 具有真空对齐工具的紧固***和操作该紧固***的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有真空对齐工具的紧固***和操作该紧固***的方法。在一个方面中，提供一种用于保持和对齐第一紧固件(102)和第二紧固件(104)的真空对齐工具(108)。所述真空对齐工具(108)包括主体(114)，所述主体(114)包括具有布置在其中的孔眼(128)的端壁(124)，所述孔眼(128)被配置为接收所述第一紧固件(102)的至少一部分。所述真空对齐工具(108)还包括被耦连到所述主体(114)的真空接收部(116)。所述真空接收部(116)包括布置在其中的真空孔(154)，其中真空通道(160)在所述主体(114)内且在所述孔眼(128)和所述真空孔(154)之间的所述真空接收部(116)内延伸。

Description

具有真空对齐工具的紧固***和操作该紧固***的方法

技术领域

本公开总体涉及紧固***，并且更具体地涉及使用抽吸力将套管定位在螺栓上的紧固***和方法。

背景技术

至少一些已知紧固***包括用于将套管粘附到螺栓的多步骤过程。更具体地，至少一些已知紧固***包括套管供给***，第一步骤中，该套管供给***在小公差内将套管与螺栓对齐并且将套管定位到螺栓上。因为小的对齐公差，所以至少一些套管供给***包括技术员手动对齐套管并且将每个套管定位到螺栓上。至少一些已知紧固***的第二步骤包括将紧固工具(诸如胀口工具)与预定位的套管对齐并且将套管胀口到螺栓。类似于当将套管与螺栓对齐时，当将胀口工具与套管对齐时，存在小公差。

因此，至少一些已知紧固***是耗费时间的过程，该过程可能需要手动定位***的部件以满足某些小公差。另外，如果套管或胀口工具未对齐时，则套管将不正确地紧固到螺栓，从而需要附加时间和劳动以移除不正确地紧固的部件并且再次执行该过程。

发明内容

在一个方面中，提供一种用于保持和对齐第一紧固件与第二紧固件的真空对齐工具。所述真空对齐工具包括：主体，其包括具有布置在其中的孔眼的端壁，所述孔眼被配置为接收所述第一紧固件的至少一部分。所述真空对齐工具还包括真空接收部，所述真空接收部被耦连到所述主体。所述真空接收部包括布置在其中的真空孔，其中真空通道在所述主体内且在所述孔眼和所述真空孔之间的所述真空接收部内延伸。

在另一方面中，提供一种紧固***。所述紧固***包括紧固工具和真空对齐工具，所述紧固工具被配置为将第一紧固件耦连到第二紧固件，所述真空对齐工具被耦连到所述紧固工具。所述真空对齐工具包括：主体，其包括具有布置在其中的孔眼的端壁，所述孔眼被配置为接收所述第一紧固件的至少一部分。所述真空对齐工具还包括：真空接收部，其被耦连到所述主体。所述真空接收部包括限定在其中的真空孔，其中真空通道被布置在所述孔眼和所述真空孔之间。所述紧固***进一步包括：真空源，其被耦连到所述真空接收部并且被配置为通过所述真空通道应用抽吸力以保持所述孔眼内的所述第一紧固件的至少所述部分。

在又一方面中，提供一种使用紧固***将第一紧固件耦连到第二紧固件的方法。所述紧固***包括紧固工具、真空对齐工具以及真空源。该方法包括将所述第一紧固件定位在主体孔内，所述主体孔被布置在所述真空对齐工具的主体中，并且激活所述真空源以通过真空通道将抽吸力应用到所述第一紧固件，所述真空通道被布置在所述真空对齐工具中。该方法还包括围绕所述第二紧固件定位所述第一紧固件，其中所述第一紧固件和所述第二紧固件是同中心的。

附图说明

图1是处于初始位置的示例性紧固***的透视图；

图2是可以用于图1示出的紧固***的示例性真空对齐工具的透视俯视图；

图3是真空对齐工具的透视仰视图；

图4是真空对齐工具的侧剖视图；

图5是真空对齐工具的透视剖视图；

图6是处于中间位置的紧固***的透视图；

图7是处于随后位置的紧固***的透视图；以及

图8是操作紧固***的示例性方法的流程图。

具体实施方式

本文描述的实施方式包括用于将第一紧固件(诸如套管)耦连到第二紧固件(诸如螺栓)的紧固***。紧固***包括机器人紧固工具，该机器人紧固工具接合套管和螺栓中的至少一个，用于将它们耦连在一起。紧固***还包括真空操作的对齐工具，该对齐工具被耦连到紧固工具的端部并且被配置为在布置在对齐工具中的孔内容纳套管。真空对齐工具也被耦连到真空源，该真空源通过形成在对齐工具中的真空通道应用抽吸力以在对齐工具孔内保持套管就位。因为真空对齐工具被耦连到紧固工具(其中孔与紧固工具同中心地对齐)，所以当紧固工具被移动以与螺栓对齐时，真空对齐工具内的预装载套管与螺栓自动地对齐。因此，紧固***包括单个步骤过程，该单个步骤过程通过在真空对齐工具的孔内保持预装载套管而将套管直接传送到目标螺栓，并且因此消除将套管与螺栓独立地对齐和随后将紧固工具与套管和螺栓对齐的步骤。

如本文所使用的，以单数列举并且在词“一”或“一个”之前的元件或步骤应当被理解为不排除复数元件或步骤，除非这类排除被明确列举。此外，对本公开的“示例实施方式”或“一种实施方式”的参考并非意在被解释为排除也包含列举特征的附加实施方式的存在。

图1是处于初始位置的示例性紧固***100的透视图。紧固***100包括且被配置为将第一紧固件耦连到第二紧固件。在示例性实施方式中，第一紧固件是套管102，而第二紧固件是螺栓104。替代地，紧固***100被配置为将任何类型的紧固件耦连到第二目标紧固件。

在示例性实施方式中，紧固***100包括紧固工具，例如但不限于胀口装置106。***100还包括耦连到胀口装置106的真空对齐工具(VAT)108和耦连到VAT 108的真空源110。在一种实施方式中，紧固***100还包括耦连到装置106和VAT 108中的至少一个的自动套管分配***112。套管分配***112保持多个套管102并且一次将一个套管102传送到VAT108。替代地，紧固***100不包括套管分配***112。

图2-图5是可以用于(图1中所示的)紧固***100的VAT 108的不同视图。具体地，图2是透视俯视图、图3是透视仰视图、图4是侧剖视图以及图5是透视剖视图。在示例性实施方式中，VAT 108包括主体114和与主体114一体成形的真空接收部116。替代地，真空接收部116是耦连到主体114的分离部件。主体114基本上是圆柱形的且包括第一端118和相对的第二端120。在另一实施例中，主体114包括如本文所述的便于VAT 108的操作的任何形状。在示例性实施方式中，第二端210包括被配置为在其中接收套管102的主体孔122。孔122从第二端120朝向主体部114的第一端118处的端壁124延伸。在示例性实施方式中，孔122基本上是圆形的以对应于套管102的圆形形状。替代地，孔122包括对应于套管102的形状的任何形状。孔122还包括与套管102的外表面103处于面对面关系的内表面126。在示例性实施方式中，表面126和表面103以大约0.0015英寸和大约0.0025英寸之间的距离定距离间隔。替代地，表面126和表面103在围绕孔122的预定点处彼此接触。通常，套管102配合在孔122内，其中在套管102与孔122之间具有最小间隙或间隔，这种情况具有相对小的公差。

主体第一端118的端壁124被配置为可移动地耦连到紧固工具106。在示例性实施方式中，端壁124包括被布置为通过其的孔眼128，该孔眼128与主体孔122基本上同中心且为主体孔122的一部分。孔眼128包括接收至少一部分套管102以在孔122内保持套管102的内表面130，如下面进一步详细描述的。在一种实施方式中，端壁124还包括布置在其中且被配置为接收盖134的凹口或凹槽132，使得第一端118的端表面基本上是平面的。在另一实施方式中，端壁124不包括盖134。

在示例性实施方式中，真空接收部116基本上是圆柱形的且包括与主体部114一体成形的远侧第一端150和相对的第二端152。替代地，真空接收部116为来自主体部114的分离部件且第二端152被耦连到主体部114。在示例性实施方式中，第一端150包括被配置为接收其中的真空源110的真空孔154。孔154从第一端150朝向VAT 108的内壁156延伸。在示例性实施方式中，孔154基本上是圆形的以对应于真空源110的圆形形状。替代地，孔154包括对应于真空源110的形状的任何形状。

内壁156包括主体114和真空接收部116两者的一部分，使得内壁156用于主体孔122和真空孔154之间的分隔壁。更具体地，内壁156的一个表面也是主体孔122的内表面126，且内壁156的相对表面是真空孔154的端表面158。如上所述，主体部114和真空接收部116两者基本上示圆柱形且每个分别包括布置在其中的孔122和孔154。在示例性实施方式中，主体部114和真空接收部116以及因而孔122和孔154被取向为基本上彼此垂直。

在示例性实施方式中，VAT 108还包括真空通道160，该真空通道160被配置为耦连与主体孔122并且更具体地与孔眼128流体连通的真空孔154。通道160包括布置在主体部114中的第一部162和布置在真空接收部116中的第二部164，使得通道160延伸通过内壁156。具体地，第一部162被布置在端壁124中。第一部162包括与孔眼128流体连通的第一端166。类似地，第二部164包括与真空孔154流体连通的第二端168。在示例性实施方式中，通道160基本上是L形的，使得第一部162和第二部164基本上彼此垂直。附加地，通道部164和通道部164中的每一个具有基本类似的厚度和宽度，使得通道160在端部166和端部168之间具有恒定的厚度和宽度。替代地，通道部162和通道部164具有不同的厚度和/宽度以改变由在端部166和端部168之间的真空源110所应用的抽吸力。

通道160的第一部162被布置在主体孔122的端表面123和端壁124的外表面125之间的端壁124中。在示例性实施方式中，端壁124具有仅稍大于第一通道部162的厚度的厚度。替代地，端壁124和第一通道部162具有如本文所述的便于VAT 108的操作的任何厚度。在具有盖134的实施例中，第一通道部162由盖134至少部分地布置在盖134和端表面134之间。通道部160从真空孔154延伸到定位在接收第一紧固件的主体孔122上方的孔眼130的内表面130，以建立与真空源的流体连通，用于将真空应用在主体孔122上方的孔眼130处以保持主体孔122内接收的第一紧固件，

如上所述，VAT 108是包括主体部114和真空接收部116的整体部件。在示例性实施方式中，使用增材制造或注射成型工艺中的一个由合成聚合物制造VAT 108。替代地，使用如本文所述的便于VAT108的操作的任何生产过程由任何材料制造VAT 108。通常，VAT 108由部分柔性的材料制造，该部分柔性的材料能够使VAT 108在紧固之后释放套管102，如下面进一步详细所述的。

再次参考图1，紧固***100被示出处于初始位置，其中VAT 108被耦连到紧固工具106且真空源110被耦连到VAT 108。图6图示说明紧固***100处于中间位置，其中套管102被定位在VAT 108内且与螺栓104对齐。图7图示说明紧固***处于图6中所示的中间位置之后的位置，其中套管102围绕螺栓104被定位且紧固工具106接合套管102和螺栓104中的至少一个。图8是操作紧固***100的示例性方法200的流程图。

方法200包括将套管102定位202在主体孔122内。定位202步骤包括将套管102定位在孔122内，使得至少一部分套管102被定位在接近真空通道160的第一端168的端壁124的孔眼128内。在这类配置中，套管102的外表面103邻近主体孔122的内表面126和孔眼128的内表面130。定位202步骤包括可以包括将套管102从耦连到紧固工具106的套管分配***112传送到主体孔122。替代地，使用如本文所述的便于紧固***100的操作的任何方法将套管102定位在主体孔122内。

方法200还包括将真空源110激活204以将抽吸力通过真空通道160应用到套管102。在示例性实施方式中，当真空源110被激活时，抽吸力通过真空通道160被应用到套管102，使得套管102保持在主体孔122内，尽管在下面没有被支撑。因此，当套管102被定位在主体孔122内时，被应用到套管102的抽吸力足以克服重力。抽吸力可以引起套管102的外表面103接触内表面126和内表面130的至少一个，使得在真空通道160内产生真空。

在示例性实施方式中，一旦套管102被定位在VAT 108内，方法200还包括移动紧固工具106和VAT 108以围绕螺栓104定位206套管102。定位206步骤包括将紧固工具106与螺栓104对齐。因为VAT 108已经与紧固工具106对齐且套管102被定位在VAT 108内，所以将紧固工具106与螺栓104对齐将使套管102与螺栓104自动地对齐，从而使套管102能够围绕螺栓104被定位。因此，紧固***100包括单个步骤过程，该单个步骤过程通过将套管102保持在VAT 108的主体孔122内而直接将套管102传送到目标螺栓104上，并且因此消除将套管和螺栓独立地对齐和随后将紧固工具与套管和螺栓对齐(如至少一些已知紧固***所需要)的步骤。

方法200还包括：一旦套管102围绕螺栓104被定位，则停用真空源110。VAT 108将套管102支撑螺栓104上，并且因此真空源110可以被停用。在另一实施方式中，当套管102围绕螺栓104被定位时，真空源110继续将抽吸力应用到套管102。在示例性实施方式中，当套管102围绕螺栓104被定位时，紧固工具106接合套管102和螺栓104中的至少一个，以便于将套管102耦连到螺栓104。在一种实施方式中，套管102被胀口到螺栓104上。替代地，套管102通过任何耦连方法被耦连到螺栓104。

本文所述的实施方式包括用于将第一紧固件(诸如套管)耦连到第二紧固件(诸如螺栓)的紧固***。紧固***包括机器人紧固工具，该机器人紧固工具接合套管和螺栓中的至少一个，用于将它们耦连在一起。紧固***还包括真空对齐工具，该真空对齐工具被耦连到紧固工具且被配置为在布置在对齐工具内的孔内容纳套管。真空对齐工具还被耦连到真空源，该真空源通过形成在对齐工具中的真空通道应用抽吸力以在对齐工具孔内保持套管就位。因为真空对齐工具被耦连到紧固工具，所以当紧固工具被移动以与螺栓对齐时，真空对齐工具内的预装载套管与螺栓自动地对齐。

因此，紧固***包括单个步骤过程，该单个步骤过程通过在真空对齐工具的孔内保持预装载套管而将套管直接传送到目标螺栓，并且因此消除将套管与螺栓独立地对齐和随后将紧固工具与套管和螺栓对齐的步骤。本文所述的实施方式通过减少完成紧固过程所需要的步骤的数量便于简化自动化过程。本文所述的紧固***进一步实现增加的可重复性、较少的故障、较少的返工、减小的循环时间、总成本模型改进。

虽然本发明的各种示例的具体特征可以在一些附图中被示出，并且在其它附图中未被示出，这仅是为了方便起见。根据本发明的原理，附图中的任何特征可以被参考和/或被要求与任何其它附图中的任何特征结合。

进一步地，本公开包含根据以下条款的实施例：

条款1.一种真空对齐工具，其用于保持和对齐第一紧固件和第二紧固件，所述真空对齐工具包含：

主体，其包含具有布置在其中的孔眼的端壁，所述孔眼被配置为接收所述第一紧固件的至少一部分；以及

真空接收部，其被耦连到所述主体，所述真空接收部包含布置在其中的真空孔，其中真空通道在所述主体内且在所述孔眼和所述真空孔之间的所述真空接收部内延伸。

条款2.根据条款1所述的真空对齐工具，其中所述主体包括布置在其中的主体孔，所述主体孔被配置为接收所述第一紧固件，所述主体孔从所述主体的第一端延伸到所述端壁。

条款3.根据条款2所述的真空对齐工具，其中所述主体孔和所述孔眼是同中心的。

条款4.根据条款2所述的真空对齐工具，进一步包含布置在所述主体孔和所述真空孔之间的内壁，其中所述真空通道延伸通过所述内壁。

条款5.根据条款1所述的真空对齐工具，其中所述真空通道包括布置在所述端壁中的第一部和布置在所述真空接收部中的第二部。

条款6.根据条款5所述的真空对齐工具，其中所述第一部基本上垂直于所述第二部。

条款7.根据条款1所述的真空对齐工具，其中所述主体和所述真空接收部中的每一个基本上是圆柱形的，其中所述真空接收部被取向为基本上垂直于所述主体。

条款8.根据条款1所述的真空对齐工具，其中所述端壁包含至少部分地限定所述真空通道的盖。

条款9.一种紧固***，其包含：

紧固工具，其被配置为将第一紧固件耦连到第二紧固件；

真空对齐工具，其被耦连到所述紧固工具，所述真空对齐工具包含：

主体，其包含具有布置在其中的孔眼的端壁，所述孔眼被配置为接收所述第一紧固件的至少一部分；以及

真空接收部，其被耦连到所述主体，所述真空接收部包括限定在其中的真空孔，其中真空通道被布置在所述孔眼与所述真空孔之间；以及

真空源，其被耦连到所述真空接收部且被配置为通过所述真空通道应用抽吸力以保持所述孔眼内的所述第一紧固件的至少所述部分。

条款10.根据条款9所述的紧固***，其中所述主体包含布置在其中的主体孔，所述主体孔被配置为接收所述第一紧固件，所述主体孔从所述主体的第一端延伸到所述端壁。

条款11.根据条款10所述的紧固***，其中所述主体孔和所述孔眼是同中心的。

条款12.根据条款10所述的紧固***，进一步包含布置在所述主体孔和所述真空孔之间的内壁，其中所述真空通道延伸通过所述内壁。

条款13.根据条款9所述的紧固***，其中所述真空通道包括布置在所述端壁中的第一部和布置在所述真空接收部中的第二部，其中所述第一部基本上垂直于所述第二部。

条款14.一种使用紧固***将第一紧固件耦连到第二紧固件的方法，所述紧固***包括紧固工具、真空对齐工具以及真空源，所述方法包含：

将所述第一紧固件定位在主体孔内，所述主体孔被布置在所述真空对齐工具的主体中；

激活所述真空源以通过真空通道将抽吸力应用到所述第一紧固件，所述真空通道被布置在所述真空对齐工具中；以及

围绕所述第二紧固件定位所述第一紧固件，其中所述第一紧固件和所述第二紧固件是同中心的。

条款15.根据权利要求14所述的方法，进一步包含将所述第一紧固件和所述第二紧固件对齐。

条款16.根据权利要求14所述的方法，进一步包含将所述真空源耦连到真空孔，所述真空孔被布置在所述真空对齐工具的真空接收部中。

条款17.根据权利要求14所述的方法，其中定位所述第一紧固件包含将所述第一紧固件的至少一部分定位在孔眼内，所述孔眼被布置在所述主体部的端壁中。

条款18.根据权利要求17所述的方法，其中激活所述真空源包含应用所述抽吸力通过所述真空通道的第一部分和通过所述真空通道的第二部分，所述真空通道的第一部分被布置在所述端壁中且与所述孔眼流体连通，所述真空通道的第二部分被布置在与所述真空源耦连的所述真空对齐工具的真空接收部中。

条款19.根据权利要求14所述的方法，进一步包含在所述第一紧固件围绕所述第二紧固件被定位之后停用所述真空源。

条款20.根据权利要求14所述的方法，进一步包含接合所述第二紧固件和所述紧固工具以将所述第一紧固件耦连到所述第二紧固件。

本书面描述使用示例以公开包括最佳方式的各种示例，以使本领域技术人员能够实践那些示例，包括制作和使用任何装置或***以及执行任何合并方法。可取得专利的范围由权利要求决定，并且可以包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这类其它示例具有并非不同于权利要求的字面语言的结构元件或者如果这类其它示例包括与权利要求的字面语言无实质差别的等同结构元件，则这类其它示例意在权利要求的范围内。

Claims (13)

1.一种真空对齐工具(108)，其用于保持和对齐第一紧固件(102)和第二紧固件(104)，所述真空对齐工具(108)包含：

主体(114)，其包含具有布置在其中的孔眼(128)的端壁(124)和与所述端壁(124)相对的第二端，所述孔眼(128)被配置为接收所述第一紧固件(102)的至少一部分；

真空接收部(116)，其被耦连到所述主体(114)，所述真空接收部(116)包括布置在其中的真空孔(154)，其中真空通道(160)在所述孔眼(128)和所述真空孔(154)之间在所述主体(114)内和所述真空接收部(116)内延伸；以及

其中所述真空通道(160)包括布置在所述端壁(124)中的第一部(162)和布置在所述真空接收部(116)中的第二部(164)，其中所述第一部(162)沿着一方向延伸，所述方向垂直于所述主体(114)的所述端壁(124)和所述第二端彼此间隔开的方向。

2.根据权利要求1所述的真空对齐工具(108)，其中所述主体(114)包含布置在其中的主体孔，所述主体孔被配置为接收所述第一紧固件(102)，所述主体孔从所述主体(114)的第二端延伸到所述端壁(124)。

3.根据权利要求2所述的真空对齐工具(108)，其中所述主体孔和所述孔眼(128)是同中心的。

4.根据权利要求2所述的真空对齐工具(108)，进一步包含布置在所述主体孔(122)和所述真空孔(154)之间的内壁(156)，其中所述真空通道(160)延伸通过所述内壁(156)。

5.根据权利要求1所述的真空对齐工具(108)，其中所述主体(114)和所述真空接收部(116)中的每一个基本上是圆柱形的，其中所述真空接收部(116)被定向为基本上垂直于所述主体(114)。

6.一种包括权利要求1所述的真空对齐工具(108)的紧固***(100)，进一步包含：

紧固工具，其被配置为将第一紧固件(102)耦连到第二紧固件(104)；以及

真空源(110)，其被耦连到所述真空接收部(116)且被配置为通过所述真空通道(160)应用抽吸力以将所述第一紧固件(102)的至少所述部分保持在所述孔眼(128)内。

7.根据权利要求6所述的紧固***(100)，其中所述主体(114)包含布置在其中的主体孔，所述主体孔被配置为接收所述第一紧固件(102)，所述主体孔从所述主体(114)的第二端延伸到所述端壁(124)。

8.根据权利要求7所述的紧固***(100)，其中所述主体孔和所述孔眼(128)是同中心的。

9.根据权利要求7所述的紧固***(100)，进一步包含布置在所述主体孔和所述真空孔(154)之间的内壁(156)，其中所述真空通道(160)延伸通过所述内壁(156)。

10.根据权利要求6所述的紧固***(100)，其中所述第一部(162)基本上垂直于所述第二部(164)。

11.一种使用紧固***(100)将第一紧固件(102)耦连到第二紧固件(104)的方法(200)，所述紧固***(100)包括紧固工具、真空对齐工具(108)以及真空源(110)，所述方法(200)包含：

将所述第一紧固件(102)定位在主体孔(122)内，所述主体孔(122)被布置在所述真空对齐工具(108)的主体(114)中；

激活所述真空源(110)以通过真空通道(160)将抽吸力应用到所述第一紧固件(102)，所述真空通道(160)被布置在所述真空对齐工具(108)中；

围绕所述第二紧固件(104)定位所述第一紧固件(102)，其中所述第一紧固件(102)和所述第二紧固件(104)是同中心的；

其中激活所述真空源(110)包括通过所述真空通道(160)的第一部(162)以及布置在耦连到所述真空源(110)的所述真空对齐工具(108)的真空接收部(116)中的所述真空通道(160)的第二部(164)应用所述抽吸力，所述真空通道(160)的第一部(162)被布置在所述主体(114)的端壁(124)中并且与布置在所述主体中的孔眼(128)流体连通，并且

其中所述主体(114)具有与所述端壁(124)相对的第二端，并且所述第一部(162)沿着一方向延伸，所述方向垂直于所述主体(114)的所述端壁(124)和所述第二端彼此间隔开的方向。

12.根据权利要求11所述的方法(200)，进一步包含将所述第一紧固件(102)和所述第二紧固件(104)对齐，其中定位所述第一紧固件(102)包含将所述第一紧固件(102)的至少一部分定位在孔眼(128)内，所述孔眼(128)被布置在所述主体(114)的端壁(124)中。

13.根据权利要求11所述的方法(200)，进一步包含将所述真空源(110)耦连到真空孔(154)，所述真空孔(154)被布置在所述真空对齐工具(108)的真空接收部(116)中。

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