用於製造過程的方法和設備的製作方法
2023-07-18 02:50:46 2
專利名稱：用於製造過程的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於改進的製造過程的方法和設備，更明確地，涉及用於執 行平衡輔助的製造過程、反作用力支撐系統、中性軸齒條系統、非接觸位置 感應系統、以及伺服控制製造過程的方法和設備。
背景技術：
大型結構的製造可能涉及大量製造過程(manufacturing operations )的執 行，例如在結構的構件上鑽大量的孔。需要大量鑽孔操作的常規結構包括， 例如，航空器、飛彈、船、有軌車、金屬板建築物、以及其它類似結構。具 體地，常規航空器製造過程典型地涉及在航空器的機翼部件上鑽大量的孑L, 以通過緊固件(例如，鉚釘)使這些部件彼此連接並且連接到機身。在結構 的建造中可能涉及的其它類型的製造過程包括鉚接、切割、焊接、砂磨、測 量和檢查操作。已經開發了多種裝置來便利包括大量鑽孔的鑽孔操作。例如，授權於 Jack等人的美國專利No.4,850,763公開了包括臨時附著於航空器機身的一對 軌道的鑽孔系統。支撐架可滑動地連接到軌道並且支撐鑽機組件。附著於航 空器機身的模板提供了要在航空器機身形成的孔的預期位置的索引。當支架 沿軌道移動時，鎖定機構(或觸發器)與模板相合以為後來的鑽孔操作可靠 地定位支架。儘管使用現有技術的鑽孔系統，已經獲得了預期結果，但還應注意一些 缺點。通常用於這種操作的鑽機組件典型地重大約20磅，而且可能相對龐 大且難以操作。這些特徵可能導致操作者疲勞，並且可能降低製作過程的效 率。另外，鑽機組件的重量和體積可引起軌道和支架的支撐組件下垂、扭曲 或彎曲，這取決於被加工的機身部件的取向，這可能導致成品孔的不精確或 未對準。另外，當在相對較輕、更柔性的結構上操作時，現有技術的鑽機組件的 性能會降低。在這種情況下，鑽削力可能變得太高並且可能導致工件發生不
合要求的彎曲或結構變形，這可能依次導致孔質量的降低。另外，在這種相 對較輕、柔性的結構上，由鑽孔系統施加在結構上的力可能需要仔細的控制 以避免對結構用力過度。這可能減慢製作過程以及減小生產能力。另外，當結構外形為異形時，可能損害在工件上精確定位製造工具的能 力。當結構是在多個彎曲面中彎曲的複雜異形結構時，這種情況特別明顯。 因為定位精度可能降低，所以在這種結構上的製造過程由於需要增加製造工 具定位的檢查及調節可能需要增加延遲，由於製造過程中的不精確也可能需 要額外的工件修理和再加工。現有技術的製造組件在執行製造過程之前通常需要仔細地在工件上確 定方向，以確保製造過程在合適的位置執行。在工件上確定現有技術組件的 方向可能需要支撐架或組件其它部分以及工件上的一個或多個接觸點之間 的物理接觸。這種物理接觸可能受到老化，特別是通過重複使用，並且還可 能不利地影響某些類型的工件表面的質量。另外，現有技術的製造組件典型地包括遠離在工件上支撐工具組件的支撐架定位的控制器，如例如授權於Buttrick的美國專利No.6,550,129Bl或授 權於Banks等人的美國專利No.6，073,326Bl所公開的組件。在這種系統中， 用來命令支撐架移動和利用工具組件來控制製造過程的控制信號通過在遠 處定位的控制器和支撐架及工具組件的構件之間延伸的控制電纜系統傳送。 儘管使用這種製造組件已經達到預期效果，但支撐架的移動和工具組件的操 作的範圍由於控制電纜的長度或製造環境邊界內的控制器的機動性可能受 到限制。另外，現有技術的製造工具可能令人討厭的重，特別是氣動工具以及其 它來自具有單獨殼體和支撐軸承的常規部件的工具組件。至少某些常規氣動工具不提供執行製造過程的精確控制能力。某些風鑽組件，例如，不允許鑽 孔進給速率或旋轉速度的精確控制。由於上述原因，對於用來執行製造過程的改進的設備和方法，仍然存在 未能滿足的需求。發明內容本發明涉及用於改進的製造過程的方法和設備。在一個實施例中，用於相對於工件表面支撐工具的設備包括適於附著到所述工件的基座，連接到所述基座的工具架，以及連接到所述基座和所述工 具架二者的偏置裝置。所述工具架可沿平移軸相對於所述基座移動，所述偏 置裝置可沿至少部分沿所述平移軸的偏置軸偏置。所述偏置裝置適於至少部 分地平衡沿所述平移軸作用在所述工具架上的力(例如，重力)。如下文更 全面描述的那樣，根據本發明的設備和方法可有利地減小製造工具的操作者 承受的疲勞量，並且可改善由所述製造工具執行的製造過程的效率和精度。在另 一實施例中，用來相對於工件支撐製造工具的設備包括適於附著到 所述工件的軌道組件，和可移動地連接到所述軌道組件的支架。所述支架包 括適於接收和支撐製造工具的工具架。反作用力支撐組件可操作地連接到所述支架並且適於固定到所述工件。所述反作用力支撐組件至少部分平衡了由 所述製造工具作用在所述工件上的製造力。可減小製造過程期間工件的偏 斜，從而改善了製造過程的精度、 一致性、效率和生產量。在本發明的進一步實施例中，用來相對於工件支撐製造工具的設備包括 適於附著到所述工件並且包括至少一條導軌的軌道組件，所述導軌具有縱向 延伸的中性軸和沿至少大致於所述縱向延伸的中性軸重合的節線延伸的齒 條。在備選實施例中，所述齒條包括多個楔形孔或多個圓錐形孔。可實現制 造工具定位控制的改進，從而提高了製造過程的精度、 一致性、效率和生產量。在又一實施例中，用於在工件上執行製造過程的設備包括適於附著到所 述工件的軌道組件，可移動地連接到所述軌道組件並可相對於所述工件移動 的支架組件，和位置傳感器。所述位置傳感器可操作地連接到所述支架組件 並且包括適於可操作相對於所述工件定位的傳感器元件。所述傳感器元件還 適於從遠離指標特徵的距離探測所述工件上的指標特徵的至少一個邊緣。因 為傳感器元件從遠離指標特徵的距離探測指標特徵的邊緣，所以所述傳感器 元件有利地與所述指標特徵實際接觸，並且因此與現有技術的系統相比，可 提供改進的可靠性和可維護性。在另 一實施例中，用於在工件上執行製造過程的設備包括適於附著到所 述工件的軌道組件，可移動地連接到所述軌道組件並且可相對於所述工件移 動的支架組件，以及可操作地連接到所述支架組件的位置傳感器。所述位置 傳感器包括適於可操作地相對於所述工件定位的傳感器元件，和具有連接到 所述感應元件的第一部分的讀出電路，所述第一部分適於接收模擬輸入信號 並在第 一輸出電極提供條件模擬輸出信號。所述讀出電路還包括連接到所述 第一部分並且適於接收所述條件模擬輸出信號並在第二輸出電極提供數字 輸出信號的第二部分。因此，所述傳感器元件可有利地為所述相關的控制器 設備提供模擬的和數字的輸出信號二者，從而改進了製造系統的多功能性和 精度。在進一步的實施例中，用於在工件上執行製造過程的設備包括適於附著 到所述工件的軌道組件，可移動地連接到所述軌道組件並且包括可被操作以 沿所述軌道組件平移所述支架組件的驅動組件的支架組件，和安置在所述支 架組件上並可操作地連接到所述驅動組件的控制器。所述控制器適於將控制 信號傳送到所述驅動組件，以控制所述支架組件在所述工件上的移動。由於 所述控制器安置在所述支架組件上，所以所述支架組件可自動操作以在所述 工件上執行製造過程，並且可減少支撐設備的數量。在另一實施例中，用於在工件上執行製造過程的設備包括基座部件，以 一定間距與所述基座部件隔開的驅動平臺，在所述驅動平臺和所述基座部件 之間延伸的多個導引部件。所述驅動平臺和所述基座中的至少其中 一個可沿 所述導引部件移動以增加或減少所述間距。所述設備還包括可操作地連接在 所述驅動平臺和所述基座部件之間的驅動部件，和可操作地連接到所述驅動 部件的伺服馬達。當所述伺服馬達驅動所述驅動部件時，所述間距被改變。 在備選實施例中，製造工具可連接到所述驅動平臺和所述基座部件中的至少 其中之一，並且當所述馬達驅動所述驅動部件時，所述製造工具嚙合所述工 件。此外，如下文更全面描述的那樣，根據本發明的設備和方法可有利地改 善工件上的製造過程的精度、效率和生產量。
下面將參考以下附圖詳細描述本發明的優選及備選實施例。圖1是按照發明的實施例在工件上執行製造過程的支撐組件的等距視圖；圖2是按照本發明的實施例連接有鑽機組件的圖1支撐組件的等距視圖；圖3是圖2支撐組件和鑽機組件的側視圖；圖4是與圖1的軌道組件嚙合的支架組件的等距視圖； 圖5是緊固到圖l軌道組件的支架組件的等距視圖；圖6是處於第一偏置位置的圖1平衡組件的等距視圖；圖7是處於第二偏置位置的圖1平衡組件的等距視圖；圖8是連接有圖1平衡組件的鑽機組件的等距視圖；圖9是按照本發明另 一實施例和支撐組件一起使用的支架組件和軌道組件的備選實施例的等距視圖；圖10是圖9的軌道組件和部分支架組件的放大局部等距俯視圖； 圖11是圖9的軌道組件和部分支架組件的放大局部等距仰視圖； 圖12是按照本發明又一實施例在工件上執行製造過程的製造組件的等距視圖；圖13是按照本發明備選實施例與異形工件嚙合的圖12製造組件的等距 視圖；支撐組件的製造組件的正面等距視圖；圖15是圖14製造組件的背面等距視圖； 圖16是圖14製造組件的仰視等距視圖；圖17是圖14製造組件的反作用力支撐組件的放大正面等距視圖； 圖18是圖14製造組件的反作用力支撐組件的放大背面等距視圖； 圖19是與圖M的導軌整體形成的齒條嚙合的第一傳動齒輪的放大俯視 等距視圖；圖20是圖14軌道組件的導軌的放大局部等距視圖；圖21是圖14的導軌的放大局部正視圖；圖22是沿圖21的A-A線的部分導軌的放大側視剖視圖；圖23是按照本發明實施例具有位置傳感器組件的製造組件的前視圖；圖24是圖23製造組件的軌道組件和支架組件的俯視等距視圖；圖25是圖23製造組件的傳感器組件和控制組件的放大局部等距視圖；圖26是圖25傳感器組件的傳感器的側面等距視圖；圖27是圖26的傳感器的仰視等距視圖；圖28是按照本發明實施例的位置確定方法的流程圖；圖29是圖28的位置確定方法的示意性表達；圖30是按照本發明實施例用於探測指標特徵位置的傳感器掃描的代表 性的信號電平圖；圖31是按照本發明另一備選實施例執行位置確定的控制電路； 圖32是按照本發明又一實施例的製造組件的示意性表達； 圖33是圖24製造組件的伺服控制的工具組件的放大前視圖； 圖34是圖33的伺服控制的工具組件的局部剖視的俯視圖；以及 圖35是圖33的伺服控制的工具組件的側視圖。
具體實施方式
本發明涉及用於改進的製造過程的方法和設備，更具體地，涉及用於在 航空器機身部件上執行平衡鑽孔操作的方法和設備。本發明某些實施例的許 多特有細節將在以下說明書和圖1-35中闡明，以提供對這些實施例的全面 理解。然而，本領域的技術人員應該理解，本發明可具有另外的實施例，或 者沒有以下說明書中描述的若干細節也可實施本發明。平衡輔助的製造過程等距視圖。在這個實施例中，支撐組件100包括可附著於工件102的細長的 軌道組件110、可移動地連接到軌道組件110的支架組件120、以及連接到 支架組件120的平衡組件130。如下文更全面描述的那樣，因為具有平衡組 件130的支撐組件100可有利地減少在製造過程中操作者104 (局部可見) 承受的負荷，所以支撐組件100可減少操作者的疲勞，並且可以提高製造過 程的效率和質量。如圖1所示，軌道組件110包括配備有多個真空杯組件114的橫梁112。 真空杯組件114流體連通到真空管道116,該真空管道116通向真空源118， 諸如真空泵等。真空控制岡115連接在真空管道116和真空杯組件114之間， 並且在例如軌道組件110安裝到工件102上以及從工件102上卸除期間允許 真空可控制地施加到真空杯組件114或從其中消除。真空杯組件114是公知 結構並且可為例如授權於Buttrick等人的美國專利No.6，467,385Bl或授權於 Banks等人的美國專利No.6,210，084Bl中公開的類型。在備選實施例中，真 空杯組件114可由其他類型的連接組件代替，包括磁性連接組件、螺栓或其 他螺紋連接部件、或任何其他合適的連接組件。在某些實施例中，軌道組件 110的橫梁112可相對剛性且不易彎曲，並且在其他實施例中，橫梁112可
為柔性的或局部柔性的可被彎曲及扭曲以順應工件102表面輪廓的橫梁，如 下文更全面描述的那樣。圖1所示的支架組件120包括基座部件122,該基座部件122具有可滾 動嚙合橫梁112上下邊緣113a、 113b的多個支架軸承124。因而，支架組件 120可沿x軸沿橫梁112的長度來回平移。在備選實施例中，支架軸承124 可由輥子、齒輪、滑動部件、橡膠輪、或者其他合適的連接裝置代替。在某 一實施例中，支架軸承124可用與橫梁112的鋸齒狀齒條部分(例如，位於 上邊緣113a)嚙合的小齒輪替換。支架組件120另外包括一對連接到基座部 件122並且可與軌道組件110的橫梁112嚙合的鎖定機構126。在這個實施 例中，鎖定機構126可鉸接地連接到基座部件122，並且可貫穿基座部件126 與橫梁112可靠嚙合，使得支架組件120可沿橫梁112的x軸自由移動，然 而另一方面可防止支架組件120脫離軌道組件110。支架鎖137 (圖3)連接 到基座部件122並且可與軌道組件IIO嚙合以將支架組件120固定在軌道組 件IIO上的預定位置。繼續參考圖1，平衡組件130包括可移動地連接到支架組件120的細長 導軌132，導軌132可相對於支架組件120沿y軸移動。在這個實施例中， 通過多個導軌軸承133，導軌132可移動地與支架組件120的基座部件122 嚙合。在圖l所示的實施例中，y軸(或工具平移軸)垂直於x軸，並且y 軸和x軸均垂直於工件102表面的局部法線。在備選實施例中，y軸(以及 x軸)可相對於工件102表面的局部法線以不同的角度確定方向，例如，當 工件102具有異形表面(contoured surface ),特別是工件102具有複合異形 表面(也即在多個曲率面中具有彎曲的表面)時。然而，可以理解，支撐組 件100的y軸可這樣定位，使得y軸具有至少一個垂直於工件102表面局部 法線的分量，這樣y軸至少部分垂直於局部法線。換句話說，優選地，y軸 不與工件102表面的局部法線對齊。如圖l進一步所示，工具架134連接到導軌132並由此向外凸出。偏置 氣缸(或平衡裝置)136具有連接到支架組件120的第一部分以及連接到導 軌132 (或者工具架134)的第二部分。偏置氣缸136的第一部分和第二部 分可相對於彼此移動。在備選實施例中，偏置氣缸136可包括氣壓缸、液壓 缸、 一個或多個彈簧部件、或者任何其他合適的平衡裝置。優選地，平衡裝 置136通過控制機構可控制地偏置，該控制機構容許操作者嚙合或脫離由平
衡裝置136施加的偏置力，並且還控制偏置力的量級。如圖l進一步所示，通向承壓流體(比如空氣或液壓流體)源的補給管道138連接到控制偏置氣 缸136中壓力的平^f軒控制閥140。在一個實施例中，通過平衡控制閥140施 加到偏置氣缸136中的壓力，偏置氣缸136可沿單一方向(例如，沿y軸或 向上或向下)偏置。或者，依靠平衡控制閥140,偏置氣缸136可選擇地同 時沿第一和第二方向(例如沿y軸的向上和向下)偏置。在優選實施例中， 平銜二控制閥140可被調節以控制偏置方向和偏置氣缸136內的偏置壓力的大 小，這又依次控制了由偏置氣缸136施加在工具架134上的偏置力的大小。 在一個特定實施例中，在鑽孔操作中可採用按照本發明實施例的支撐組 件100。例如，圖2和3分別是按照本發明一個實施例的連接有鑽機組件160 的圖1支撐組件IOO的等距視圖和側視圖。在這個實施例中，鑽機組件160 包括連接到託架164的鑽孔裝置162，該託架164又依次連接到平衡組件130 的工具架134。鑽孔裝置162包括可靠地嚙合在工件102的孔中的夾具夾頭 166。鑽孔裝置162可為任何已知的適合在工件上執行鑽孔操作的鑽孔裝置， 包4舌，例^口，那些可/人Cooper Tools 、 South Carolina的Lexington 乂>司、West Coast Industries、 Washington的Seattle ,i^司、法國S.A. of Ozoir-la-Ferriere的 Recoules 、以及從Global Industrial Technologies 、 Texas州Dallas公司商業化 得到的鑽孔裝置。在運行過程中，可開動真空控制閥115 (圖1)以使真空源118與真空 組件114斷開，允許軌道組件110定位在工件102上的預期位置。然後，可 再次開動真空控制闊115以使真空源118和真空組件114接通，可靠地使軌 道組件110嚙合到工件102。接下來，支架組件120可連接到軌道組件110。 圖4是與軌道組件110嚙合的支架組件120的等距視圖。如圖4所示，最上 方的支架軸承124被定位得在傾倒或傾斜的位置與軌道組件110的橫梁112 的上邊緣113a接觸，並且然後支架組件120可向下旋轉，直到最下面的支 架軸承124嚙合橫梁112的下邊緣113b。通過定位在軌道組件110上的支架組件120,支架組件120可被固定在 軌道組件110上，這樣使得支架組件120可沿軌道組件110的x軸來回移動， 但另一方面不會與軌道組件110分離。圖5是支架組件120的等距視圖，該 支架組件120通過操作者104按壓支架組件120的鎖定機構126使之與軌道 組件110的橫梁112嚙合而固定到軌道組件110。
其次，通過連接到平衡控制閥140的補給管道138，操作者104可通過 開動平衡控制閥140來調節偏置氣釭136中的偏置壓力，從而沿y軸提供了 預期量的偏置力。例如，圖6是位於第一偏置位置170的平衡組件130的等 距視圖，圖7是位於第二偏置位置172的平衡組件130的等距視圖。在第一 偏置位置170 (圖6),平tf控制閥140被關閉，因此偏置氣缸136中無偏置 壓力，從而允許重力來驅使導軌136和工具架134相對於軌道組件110向下 移動。相反，在第二偏置位置172 (圖7),平衡控制閥140被開動以在偏置 氣缸136內提供有助於驅使導軌136和工具架134相對於軌道組件110向上 移動的偏置壓力。160的重量。在某些實施例中，工具組件160可安裝在軌道組件IIO下面， 這樣使得平衡組件130有助於向著軌道組件110牽引工具組件160。在備選 實施例中，工具組件160可安裝在軌道組件110上面，這樣使得平衡組件130 有助於推動工具組件160遠離軌道組件110。然後，製造工具可連接到平衡組件130以在工件102上執行製造過程。 例如，圖8是與平衡組件130連接的鑽機組件160 (圖3 )的等距視圖。具 體地，與鑽孔裝置162連接的託架164可由操作者104可滑動地嚙合在工具 架134上，並且可通過例如一個或多個制動螺釘168 (圖3)固定到位。在 一個實施例中，孔模板160 (圖2)可固定在工件102上以提供引導，此處， 多個孔107將利用鑽機組件160鑽入工件102。通過固定到平衡組件130的鑽機組件160 (或其它製造工具)，操作者可 調節平糹軒控制閥140,以致工具架134沿y軸(圖7)向上偏置，並且使得 偏置氣缸136中的壓力平糹軒(或抵消)了鑽機組件160上的重力。在優選的 操作方法中，由偏置氣缸136施加在工具架134上的偏置力近似地平衡了鑽 機組件160的重量，這樣使得鑽機組件160 "浮"在支撐組件100上並可通 過操作者104施加的相對小的力沿y軸移動。因此，使用相對小的力，通過 沿軌道組件110平移支架組件120,操作者104可將鑽機組件160沿x軸定 位於預期位置，通過相對於支架組件120向上或向下滑動導軌136,操作者 104可將鑽機組件160沿y軸定位於預期位置。當然，在備選的操作方法中， 由偏置氣缸136施加的偏置力可根據期望被調節得小於或大於鑽機組件160 的重量。在備選的操作方法中，支撐組件IOO可被固定到工件102,並且製造工 具(例如鑽機組件160)可被附著於支撐組件100的支架組件120。其次， 鑽機組件160可與工件102可靠地嚙合，諸如，例如通過將鑽機組件160的 夾具夾頭166穿過孔107嚙合到工件102中。通過固定到工件102的鑽機組 件160,支撐組件IOO可然後脫離工件102,這樣使得支撐組件100由附著 於工件102的鑽機組件160支撐。然後，支撐組件100可相對於鑽機組件160 移動(平移)到工件102的不同位置，在該過程的該部分期間，支撐組件100 保持可移動地連接到鑽機組件160。通過定位在工件102上的新位置處的支 撐組件100,支撐組件IOO可重新與工件嚙合，並且可沿工件102新的部分 繼續使用製造工具實施製造過程。在一個特定實施例中，在鑽機組件160 (或其它製造工具)被固定於工 件102後，並通過連接到平衡組件130的鑽機組件160,平衡組件130的平 衡控制閱140可被調節以沿可平衡支撐組件100上的重力的方向提供偏置 力。這樣，平衡組件130可用於輔助操作者104在工件102上重新定位支撐 組件100。在優選實施例中，平衡組件130被調節到近似等於支撐組件100 上的重力，這樣，當支撐組件IOO脫離工件102並且由固定於工件102的鑽 機組件160支撐時，支撐組件IOO可通過類似於相對老式的打字機託架的支 架組件120輕易地平移(滾動或滑動)。相對於現有技術的在工件102上執行製造過程的設備和方法，該支撐組 件IOO可提供顯著的優點。由於平衡組件可被調節以平衡製造工具的重量， 所以操作者在執行製造過程時不需要承受製造工具的重量。因此，在製造過 程期間，操作者不大可能變疲勞，這在製造過程執行期間可提高操作者的滿 意度和舒適感。減少操作者的疲勞也可在製造過程執行期間產生改進的效率 和改進的精度。另外，減少操作者的疲勞對那些需要在工件上使用製造工具 進行大量操作的製造過程可能特別有利。通過確保製造工具相對於工件精確、 一致定位，支撐組件100可有利地 改進位造過程的質量。因為支撐組件IOO相對工件表面支撐和控制製造工具 的方向，製造過程可被更精確和一致地引導。操作者在製造過程期間不需要 支撐製造工具的重量，而是更合適地保持參與了將製造工具移動到預期位置 以及執行製造工具的控制以執行預期的操作。因此，製造工具相對於工件表 面的方向不受疲勞或操作者技能水平的影響。
另外，因為按照本發明的支撐組件可沿工件表面容易地移動，所以執行 製造過程的速度可增加。如上面指出的那樣，通過與工件可靠嚙合的製造工具，支撐組件IOO可從工件分離，並且可相對於製造工具可移動地平移到工件上的新位置。在新位置，支撐組件可與工件重新嚙合，並且允許繼續進行 製造過程。通過提供可平衡支撐組件重量的偏置力，平衡組件可用於便利該 過程，從而輔助了操作者將支撐組件平移到新位置。從而，按照本發明的設 備和方法還可提供在製造過程效率方面的又一 改進。可以理解，按照本發明的支撐組件，包括上述支撐組件100的特定實施例，可用於為很多種製造工具提供平衡支撐，並且本發明的教導不限於涉及 鑽孔的製造過程。例如，按照本發明的支撐組件可用於支撐打鉚機、機械的和電磁的凹式拔具(dent puller )、焊接機、扳手、夾具、磨沙機、自動敲釘 機、機械螺絲刀或實際上任何其它想要類型的製造工具或製造器具。也可以理解，可以按照本發明構思設備和方法的多種備選實施例，並且 本發明不限於上述和附圖所示的特定設備和方法。例如，應該注意到，軌道 組件110和支架組件120可被排除，平衡組件130可通過一個或多個連接組 件(例如真空杯組件114 )簡單地直接固定在工件102上，以允許在工件102 上的單個點處或沿可能平行於y軸的工件102上各點的單一線條執行平衡制 造過程。另外，平衡組件130可相對於支架組件120被改變或被倒裝，這樣此外，支架組件120和軌道組件IIO可設想很多種備選實施例。例如， 在一個實施例中，平衡組件130可連接到授權於Jack等人的美國專利 No.4，850,763公開的軌道和支架組件。在又一實施例中，平衡組件130可與 同時待決、共同所有的美國專利申請No.10/016,524中公開的任何支架組件 和軌道組件結合使用，該申請通過引用整合在此。明確地，圖9是按照本發明另一實施例在支撐組件200中使用的軌道組 件210和支架組件220的備選實施例的等距視圖，如美國專利申請 No.10/016,524中公開的那樣。圖IO和11分別為圖9的軌道組件210和支架 組件220的放大局部俯視和仰視等距視圖。如圖9-11所示，軌道組件210包括一對導軌22、 24,其中，多個連接 裝置，優選地以真空杯組件114 (圖1)的形式，可釋放地沿每條導軌的長 度以隔開的間隔連接到導軌22、 24上。導軌22、 24優選地具有基本上大於它們厚度的寬度，這樣使得它們在圍繞沿厚度方向延伸的軸的彎曲比它們圍繞沿寬度方向延伸的軸的彎曲更難。導軌22、 24大致彼此平行地確定方向， 儘管當導軌22、 24安裝到複合異形的工件表面時，導軌22、 24之間的側向 間距可以變化。優選地，導軌22、 24僅在一端通過連接部件28a剛性地彼 此連接，其中連接部件28a固定了該端處的導軌間的側向間距。在沿導軌22 、 24的其它位置處，導軌22、 24間的間距可如指出的那樣改變。在導軌22、 24的相反端，可有另外的連接部件28b，但該連接部件28b可提供"浮動" 連接，這允許導軌22、 24的間距依據工件102表面的輪廓按需要調節。當真空杯組件114附著於工件表面102時，導軌22、 24的寬度基本上 平行於工件102的表面延伸。因為導軌22、 24可相對輕易地圍繞橫向方向 彎曲，並圍繞其縱向軸扭曲，所以導軌22、 24可根據需要彎曲和扭曲以基 本跟隨工件102的表面，並且真空杯組件114將各導軌保持在離工件102表 面基本恆定的距離。如此，在沿各導軌的任何點處，導軌22、 24的主表面 可基本垂直於工件102的表面法線。繼續參考圖9-11,安裝在導軌22、 24上的是支架組件220,該支架組件 220可通過安裝在支架220的第一基座部件30上並嚙合導軌22、 24的輥子 32沿導軌22、 24平移。在示出的實施例中，支架組件220的第一基座部件 30包括板狀部件。輥子32沿第一基座部件30的各相反側邊緣安裝。更具體 地，彈簧板34和36(在圖11中最佳示出)在第一基座部件各相反側邊緣處 連接到臨近其下表面的第一基座部件30。在從彈簧板34、 36相反端向內隔 開的位置37 (圖11 )處，彈簧板34、 36固定到第一基座部件30,這樣使得 各彈簧板具有兩個從第一基座部件30懸臂而出的相反的端部。輥子32安裝 在彈簧板34、 36的這些懸臂端部。在各彈簧板34、 36的各懸臂端部安裝有 兩個相對的輥子32。各導軌22、 24接收在相對的輥子32之間。導軌22、 24優選地具有被輥子32嚙合的V形邊緣，並且輥子32是具有接收導軌22、 24V形邊緣的V形凹槽的V形槽輥子。輥子32因此防止了在輥子32及導 軌22、 24之間的沿輥子32旋轉軸方向的相對移動，其中輥子32的旋轉軸 基本上正交於工件表面102。輥子32安裝在其上的彈簧板34、 36可根據需要(即，當支架組件220 橫過導軌22、 24時，由工件表面102的輪廓所要求的)彎曲和扭曲，以允 許第一基座部件30和輥子32之間發生限定程度的相對運動。通過使彈簧板34、 36在其中間相對窄而在其末端相對更寬，使其易於發生，所以板34、 36在大致中間處而不是在安置輥子32的末端處優先彎曲和扭曲。因此，在 第一基座部件30和導軌22、 24之間可以發生有限程度的相對運動。最終結 果是支撐組件200使得支架組件220沿X軸(即，平行於導軌22、 24長度 方向的軸)在導軌22、 24上來回移動，即使導軌22、 24可以以稍微不同的 方式相對於彼此彎曲和扭曲。實際上，導軌22、 24順從工件表面102的輪 廓並且因此在沿著由導軌22、 24定義的路徑的任意點處接近表面的法線。 結果，支架組件220的參考軸(在示出的實施例中，正交於第一基座部件30 的平面的軸)沿導軌22、 24在支架組件220的任意點處基本保持正交於工 件表面102。如圖9最佳示出的那樣，用於齒條和小齒輪配置的齒條38沿面對彈簧 板36的導軌24的表面安裝，以及支架組件220包括第一馬達40和安裝在 彈簧板36上的相關齒輪箱42。齒輪箱42的輸出軸具有安裝在其上的小齒輪 44，並且彈簧板36包括窗口 46 (圖10),小齒輪44穿過該窗口延伸以嚙合 導軌24上的齒條38。因此，通過第一馬達40,小齒輪44的旋轉沿導軌22、 24驅動支架組件220。可以理解，具有齒條38的導軌24包括參考導軌，相 對該參考導軌，可施行支架組件220的X軸定位。沒有必要試圖確定或控制 支架組件220相對於其它導軌22的X軸定位。為了提高支架組件220的X軸定位精度，小齒輪44在沿著參考導軌24 的任意點處相對於齒條38可具有恆定的高度。為了實現該高度控制，小齒 輪44的旋轉軸可優選地位於與安裝在彈簧板36末端的兩個輥子32的旋轉 軸定義的平面相同的平面中。更具體地，輥子32的軸可基本上平行於彼此 並且基本上正交於工件表面102，並且小齒輪44的軸可基本上平行於工件表 面102並位於輥子軸的平面內。如圖9-11進一步所示，支架組件220還包括可滑動地安裝在第一基座部 件30頂上的第二基座部件50，這樣第二基座部件50可沿垂直於X軸方向 的Y軸方向來回滑動。更具體地，導軌52、 54固定在第一基座部件30的對 邊，輥子56安裝在第二基座部件50上以嚙合導軌52、 54。用於齒條和小齒 輪配置的齒條58沿其鄰近導軌54 (見圖10)的邊連接到第一基座部件30。 第二馬達60和相關的第二齒輪箱62安置在板64上，該板64連接到鄰近齒 條58的第二基座部件50。板64包括穿透其的窗口，第二齒輪箱62的輸出 軸延伸穿過該窗口並驅動嚙合齒條58的小齒輪66。因此，通過第二馬達60， 小齒輪66的旋轉在Y軸方向沿導軌52、 54驅動第二基座部件。在運行過程中，通過與Y軸對齊的導軌132，上述參考圖l-8描述的平 衡組件130可連接到圖9所示的支架組件220的第二基座部件50，並且製造 工具可連接到平衡組件130。然後，可按照上述的過程和方法基本實施平衡 輔助的製造過程。支架組件220沿x軸的移動可通過操作者104和/或通過第 一馬達40施加的力的組合來提供。類似地，製造工具沿y軸的定位可通過 操作者104和/或第二馬達60施加的力的組合來提供。在進一步的實施例中， 製造工具的粗略定位可通過第一和第二馬達40、 60提供，精細定位可通過 操作者104提供，或者反之亦然。因此，利用具有一個或多個為製造工具的 定位提供驅動力的馬達的支架組件，可實現按照本發明的設備和方法的上述 優點。圖12和13是按照發明又一實施例的在異形工件302上實施製造過程的 製造組件300的等距視圖。在這個實施例中，製造組件300包括軌道組件310、 可移動地連接到軌道組件310的支架組件320、以及連接到支架組件320的 平衡組件330。製造組件300的許多細節類似或等同於前述實施例。因此， 為了簡短，下面將僅討論製造組件300間的顯著不同。如圖12最佳示出的那樣，平衡組件330包括驅動連結構件334的馬達 332，該連結構件334依次嚙合軌道組件310。更明確地，在圖12所示的實 施例中，連結構件334是嚙合形成在軌道組件310橫梁312中的齒條314的 齒輪。工具組件360連接到支架組件320,並且用於在工件302上實施製造 過程。在備選實施例中，馬達332可為恆定扭矩馬達、恆力馬達、可變扭距 馬達、恆定電流馬達、或者任何其它合適的馬達。在一個特定實施例中，馬 達332是電動伺服馬達。如圖13所示，在運行過程中，軌道組件310可附著在異形的工件302 上，這樣，重力趨向於以通常向下的方向370沿軌道組件310的長度拖拉支 架組件320和工具組件360。然而，平衡組件330通過致動連結構件334 (齒 輪)以沿通常向上的方向372施加抵抗重力的平衡力來抵消重力，因此將支 架組件320和工具組件360保持在工件302的預期位置處。優選地，平衡組
手動施加的力，平衡組件330允許支架組件320移動。利用基於馬達的平衡組件330，圖12和13所示的製造組件300可提供 減少操作者疲勞和改進位造生產量的上述優點。由於馬達332平衡了沿向下 方向370作用的重力，所以操作者不需要在製造組件上施加人力以在定位期 間或製造過程的實施期間防止支架組件320從軌道組件310向下滾動。同樣， 因為平衡組件330使用馬達332，所以平衡氣缸和相關的氣動管路和泵可被 排除。應當理解，在上述參照圖l-8描述的支撐組件100中，偏置氣缸可用與 圖12和13所示的製造組件300的實施例相似的馬達和連接裝置代替。因此， 可執行基於馬達的平衡組件以平衡沿軌道組件(圖12和13)的縱軸或橫斷 軌道組件(圖1-8)的縱軸施加的力。這樣，製造組件300示範了按照本發 明的平衡組件可利用各種平衡裝置來執行，並且可被用於平衡沿著或橫斷軌 道組件縱軸作用的重力。實際上，本發明的實施例可被執行以平衡沿相對於 軌道組件的基本任何方向上作用的力，以輔助操作者的製造過程和改善在具 有基本平坦或複雜異形表面的工件上執行的各種不同的製造過程。使用反作用力支撐系統的製造過程圖14是按照發明實施例在工件402上實施製造過程的具反作用力支撐 組件460的製造組件400的正面等距視圖。在這個實施例中，製造組件400 包括可附著於工件402的4九道組件410、可移動地連接到4九道組件410的支 架組件420。工具組件450 (例如鑽機組件)可操作地連接到支架組件420, 這樣使得工具組件450可嚙合工件402。如圖14所示，反作用力支撐組件 460連接到支架組件420並且可拆卸地固定到工件402。因為反作用力支撐 組件460在製造過程期間可支撐工件402,所以製造組件400可有利地減小 或消除工件402的偏斜，並且可提高製造過程的效率和質量，如下文更全面 的描述。圖15和16分別為圖14的製造組件400的背面和下方等距視圖。在這 個實施例中，軌道組件410包括一對橫梁412,每個橫梁412配備有多個真 空杯組件414。真空杯組件414流體連通到一個或多個真空管道416,該真 空管道416通向真空源418 (未示出)，諸如真空泵等，這樣在例如軌道組件 410在工件402上安裝、重新定位、以及去除期間，真空可控制地施加到真 空杯組件414 (或從其上消除)。真空杯組件414為已知結構並可為例如，授
權於Buttrick等人的美國專利No.6，467,385Bl或授權於Banks等人的美國專 利No.6,210，084Bl中公開的類型。在備選實施例中，真空杯組件414可由其 它類型的連接組件代替，磁性連接組件、螺栓或其他螺紋連接部件、或任何 其他合適的連接組件。繼續參考圖14-16，支架組件420包括x軸(或第一)支架422和y軸 (或第二)支架424。 X軸支架422包括具有多個可滾動地嚙合橫梁412邊 緣的輥子428的基座部件426。因此，x軸支架422可沿與橫梁412縱軸對 齊的x軸沿橫梁412的長度來回平移。在備選實施例中，輥子428可由支架 軸承、齒輪、滑動部件、橡膠輪、或其它合適的連結裝置代替。在一個特定 實施例中，輥子428可由嚙合其中一個或兩個橫梁412的有齒的或鋸齒狀齒 條部分的小齒輪代替。如圖15所示，x軸支架422還包括可操作地連接到第 一齒輪432的第一驅動馬達430。在這個實施例中，第一齒輪432穿過基座 部件426凸出並與布置在其中一個橫梁412中的驅動孔413嚙合。控制器434 位於x軸支架422上，並可操作地連接到第一驅動馬達430。類似地，y軸支架424包括可滑動地連接到槽438的支撐部件436,其 中該槽438布置在x軸支架422 (圖14)的基座部件426中。第二驅動馬達 440連接到x軸支架422以及支撐組件436,並還可操:作地連接到控制器434。 如圖14所示，在這個實施例中，第二驅動馬達440驅動軸(或螺杆)442， 該軸442嚙合與支撐部件436相連的球狀螺母444。因此，第二驅動馬達440 可沿橫過x軸取向的y軸驅動y軸支架424的支撐部件436。如圖14最佳示出的那樣，工具組件450連接到y軸支架424的支撐部 件436,並可操作地連接到控制器434。在這個實施例中，工具組件450包 括鑽軸模塊452和在鑽孔操作期間可控制地與工件402嚙合的壓腳454 (圖 16)。鑽軸模塊452可控制地沿大致與工件402的局部法線對齊的z軸與工 件402嚙合。鑽軸模塊452可為任何已知的適合於實施鑽孔操作的鑽孔裝置， 包4舌，例^口，那些可乂人Cooper Tools 、 South Carolina的Lexington 乂>司、West Coast Industries、 Washington的Seattle 、法國S.A. of Ozoir-la-Ferriere的 Recoules 、以及乂人Global Industrial Technologies 、 Texas州Dallas 乂>司商業4匕 得到的鑽孔裝置。圖17和18分別為圖14製造組件400的反作用力支撐組件460的放大 的正面和背面等距視圖。在這個實施例中，反作用力支撐組件460包括上夾 (clamp-up )致動器462，該上夾致動器462具有與工件402嚙合的上夾銷 464。第一 (或y軸)致動器466連接到上夾致動器462以及第一基板468, 並可沿y軸延展。第一基板468可滑動地連接到一對安置在第二基板472上 的第一輔助導軌470。類似地，第二基板470可滑動地連接到安置在x軸支 架422上的第二輔助導軌474。如圖18最佳示出的那樣，第一輔助導軌470 大致平行於x軸，第二輔助導軌474大致平行於z軸。第二 (或x軸)致動 器476連結在第一基板468和第二基板472之間，並且可沿x軸延展。第三(或z軸)致動器478連結在第二基板472和x軸支架422之間，並且可沿 z軸延展。第一、第二和第三致動器466、 476、 478可操作地連接到控制器 434。因此，第一、第二和第三致動器466、 476、 478可分別用於將反作用 力支撐組件460的上夾銷464可控制地定位在y軸、x軸和z軸的預期位置 處。應當理解，上夾致動器462可為任何類型的合適致動器，包括液壓、氣 動、或電動驅動的致動器。類似地，第一、第二、以及第三致動器466、 476、 478可為液壓、氣動、電動、或任何其它合適類型的致動器。在一個特定實 施例中，第一、第二、以及第三致動器466、 476、478為所謂的"回家型(return to home)"氣動致動器，該氣動致動器通過一條或多條氣動供應管道479(圖 17和18)連接到壓縮空氣源(未示出)。在運行過程中，製造組件400可安置在工件402上，並且真空可被提供 給真空組件414,從而將軌道組件410固定在預期位置。可以任何想要的方 式在工件402上形成孔403,諸如在工件402製造期間，或使用工具組件450 或其它鑽孔裝置。其次，上夾銷464可定位於孔403中。上夾銷464在孔403 中的定位可通過多種途徑完成。例如，上夾銷464沿x軸的定位可通過使用 第一驅動馬達430可控制地定位x軸支架422、或使用第二致動器476沿第 一輔助導軌470可控制地定位第一基板468、或通過這些方法二者的結合來 完成。類似地，上夾銷464沿y軸的定位可通過使用第二驅動馬達440可控 制地定位y軸支架424、或通過可控制地致動第一致動器466、或二者來完 成。最後，上夾銷464沿z軸的定位可通過使用第三致動器478沿第二輔助 導軌470可控制地定位第二基板472來完成。在一個特定實施例中，分別地， 可釆用x軸和y軸支架422、 424用於執行粗略的、相對大尺度的定位，使 用第二和第一致動器476、 466為上夾銷464提供沿x和y軸的更精細的、
相對小尺度的定位。反作用力支撐組件460的上述定位可使用配備有常規的、計算機化的數字控制(CNC)方法和算法的控制器434以自動的或半自動的方式來完成。 備選地，定位可由操作者手動執行，諸如，例如，通過暫時中止或無效上述 支架組件420和上夾組件460的馬達和致動器以允許手動定位反作用力支撐 組件460。進一步參考圖14-18，在上夾銷464定位於孔403中之後，可致動上夾 致動器462以可靠地將上夾銷464嚙合在孔403中，從而相對於工件402固 定反作用力支撐組件460的位置。在上夾組件460可靠地嚙合工件402之後， 工具組件450可被用於在工件402上執行製造過程。具體地，在圖14-16所 示的實施例中，可操作鑽軸模塊452以在工件402中鑽一個或多個另外的孔 403。例如，可使用控制器434和常規的CNC方法和算法以自動的或半自動 的方式，通過利用支撐組件420可控制地定位工具組件450來生成另外的孔 403。因為反作用力支撐組件460可移動地固定到支架組件420,所以支架組 件420可用來重新定位工具組件450而不用使反作用力支撐組件460脫離工 件402。因此，通過固定於工件402的反作用力支撐組件460,工具組件450 可連續地和重複地重新定位在工件402的多個預期位置處以執行製造過程。在工件402上執行一個或多個製造過程後，通過停用上夾致動器462和 從孔403中取出上夾銷464,反作用力支撐組件460可從工件402上分離。 若需要，反作用力支撐組件460然後可重新定位到新位置並且通過將上夾銷 464插入到不同的孔403 (諸如其中一個新形成的孔)中以及以上述方式致 動反作用力支撐組件460從而再次固定到工件402上。通過在新位置固定於 工件402的反作用力支撐組件460，可根據需要在工件402上執行另外的制 造過程。根據本發明教導的具有反作用支撐系統的製造組件可有利地改善工件 上的製造過程的質量。因為在通過工具組件450在工件上施力期間，反作用 力支撐組件460反向支撐(或平衡)工件，所以工件402在製造過程期間不 大可能彎曲或偏斜，特別是對於相對薄或相對柔性的工件。由於工件402的 偏斜可被減小或消除，所以工具組件450相對於工件402的取向通過支架組 件420可更容易地保持。因此，使用製造組件400,可更加精確和一致地實 行製造過程。因為製造過程可更加精確和一致地執行，所以在製造過程期間， 與工件402的檢查和再加工有關的成本可減小。具有反作用力支撐組件460的製造組件400還可提高製造過程執行的速 度。因為在製造過程期間，反作用力支撐組件460提供了對工件402的反向 支撐，所以工具組件450可更有力地施加到工件402上。這樣，製造過程執 行的速度可以增加，並且製造過程的效率和生產量可提高。應當理解，根據本發明的教導可設想反作用力支撐組件460的各種合適 的實施例。例如，多種上夾銷464和上夾致動器462是公知的，可採用它們 將反作用力支撐組件460固定到工件402上，包括，例如，授權於Jensen等 人的美國專利No.4，396,318、授權於Slesinski等人的美國專利No.5，395，187、 以及授權於Rissler的美國專利No.6，036,409中一般公開類型的夾頭裝置，或 授權於McGlasson的美國專利No.5,482,411和授權於Jarvis的美國專利 No.6,283,684Bl中一般公開類型的夾緊裝置。在一個備選實施例中，孔403 可為螺紋孔403，上夾銷464可為螺紋嚙合該螺紋孔403的螺紋部件。在另 外的實施例中，上夾銷464和上夾致動器462可由任何其它合適的固定裝置 代替，包括其中一個或多個所述的真空杯組件414、石茲鐵、或其它電^茲設備， 諸^口, 例長口， 以類4以於可乂人Electroimpact， Inc. of Everett, Washington商業 化可得的電磁凹痕消除設備的方式在工件上施力的設備。也可理解，根據本發明的製造組件，包括上述製造組件400的特定實施 例，可用於為各種製造工具提供反向支撐，並且本發明的教導不簡單地限於 涉及鑽孔的製造過程。例如，據本發明的具反向支撐組件的製造組件可用於 支撐打鉚機、機械的和電磁的凹式拔具、焊接機、扳手、夾具、磨沙機、自動敲釘機、機械螺絲刀、或實際上任何其它期望類型的製造工具或製造器具。 還應該理解，根據本發明可設想設備和方法的各種備選實施例，並且本 發明不限於上述和附圖中示出的特定設備和方法。例如，可注意到，可設想 支架組件420和軌道組件410的很多種備選實施例。例如，在一個實施例中， 反作用力支撐組件460可連接到授權於Jack等人的美國專利No.4,850,763 教導的導軌和支架組件。在又一實施例中，反作用力支撐組件460可與同時 待決、共同所有的美國專利申請No.10/016,524中公開的任何支架組件和軌 道組件結合使用，該申請通過引用整合在此。具體地，在一個備選實施例中，反作用力支撐系統可與參考圖9-11的上 述軌道組件210和支架組件220結合使用。更具體地，如圖9所示，安置在
y軸支架頂部的是鎖緊圈組件70。鎖緊圈組件70可用於支撐和固定工具組 件450,諸如上述的鑽軸模塊452。工具組件450可穿過y軸支架50 (在圖 IO中可見)中的窗口和沿y軸方向被拉長的x軸支架30 (在圖11中可見) 中的窗口延伸。工具組件450的軸可近似平行於z軸，並因此基本上正交於 工件402。在運行過程中，參考圖14-18的上述反作用力支撐組件460可以任何合 適的方式連接到圖9-11所示的支架組件220,並且製造工具組件450可連接 到支架組件220 (例如，連接到鎖緊圈組件70)。然後，製造過程可基本上 根據上述過程和方法執行。支架組件220沿x軸的運動可通過操作者404和 /或通過第一馬達40施加的力的組合來提供。類似地，製造工具沿y軸的定 位可通過操作者404和/或第二馬達60施加的力的組合來提供。在另外的實 施例中，製造工具的粗略定位可通過第一和第二馬達40、 60來提供，而精 細定位由操作者404來提供，或反之亦然。因此使用軌道組件和支架組件的 備選實施例產生根據本發明教導的製造組件的另外實施例，可獲得上述優 點。使用具有中性軸齒條的軌道部件的製造過程再次參考圖14和15，在這個實施例中，軌道組件410包括一對柔性橫 梁412,每一橫梁412具有整體形成的齒條480。如下文更全面描述的那樣， 整體形成的齒條480可為支架組件420提供的改進的位置控制，從而，提高 了在工件402上實施的製造過程的質量。如圖19-21進一步所示，齒條480包括沿導軌412a的中性軸486整體形 成在導軌412a中的多個孔488。換句話說，齒條480的節線沿導軌412的中 性軸486延伸並且至少大致與其重合。橋490形成在每對連續的孔488之間。 如圖19最佳示出的那樣，第一傳動齒輪432的齒435至少部分地嚙合入孔 488中並且與導軌480的橋4卯相抵。圖22是沿圖21的線A-A的部分導軌412a的放大側視剖視圖。如圖22 所示，在這個實施例中，孔488沿剛性軸482逐漸變細，這樣孔488在導軌 412a的頂面487處較寬而在導軌412a的底面489處較窄。 一方面，孔488 以楔形(或二維)方式逐漸變細。在備選方面，孔488是局部成圓錐形(或 三維)的形狀。如圖22進一步所示，孔488可逐漸變細以緊密地匹配傳動 齒輪432的齒435的外形。在一個特定實施例中，導軌412的厚度等於傳動
齒輪432 (圖22)的齒435的長度。因為齒條480的節線至少大致與中性軸 486重合，所以在導軌412a在工件402上彎曲和折曲期間，齒條480保持沿 中性軸486對齊。因此，當在軌道組件410上驅動支架組件420時，傳動齒 輪432的齒435可保持更徹底地與齒條480嚙合，甚至當導軌412在異形表 面上扭曲和折曲時也是如此。應當理解，齒條480可利用任何想要的製造技術與導軌412整體形成。 例如，齒條480可在導軌412形成之後形成在導軌412中，諸如通過磨製、 鑽孔、彎拱、或使用任何其它的合適方法。備選地，齒條480可與導軌412 的形成同時形成，諸如通過鑄造、衝壓、或壓制。在運行過程中，製造組件400可安置在工件402上，並且真空可被提供 給真空組件414,從而將軌道組件410固定在預期位置。然後，支架組件420 可沿軌道組件410移動到預期位置，這樣工具組件450可用於在工件402上 執行製造過程。控制器434可將控制信號傳遞到第一驅動馬達430,轉動與 導軌412a中整體形成的齒條480嚙合的第一傳動齒輪432。如圖22最佳示且可抵著齒條480的橋4卯施加驅動力，從而沿導軌412驅動了支架組件 420,直到支架組件420到達預期位置。應該理解，支架組件420在軌道組件410上的定位、以及反作用力支撐 組件460和工具組件450相對於工件402的定位和嚙合可使用配備有常規的、 計算機化的數字控制(CNC )方法和算法的控制器434以自動或半自動的方 式完成。備選地，定位可由操作者手動或部分手動地執行，諸如，例如，通 過操作者將手動控制輸入提供到控制器434，或者通過暫時中止或無效上述 支架組件420和上夾組件460的馬達和致動器以允許手動移動。其次，上夾銷464可定位在孔403中，而且可致動上夾致動器462以可 靠地將上夾銷464嚙合在孔403中，從而相對於工件402固定了反作用力支 撐組件460的位置。然後，可採用工具組件450在工件402上執行製造過程。 具體地，在圖14和圖15所示的實施例中，可操作鑽軸模塊452以在工件402 中鑽一個或多個另外的孔403。像支架組件420 —樣，工具組件450可利用 控制器434和常規的CNC方法和算法以自動或半自動方式控制和操作。根據本發明教導的具有整體形成的齒條的製造組件可有利地提高工件 上的製造過程的質量。因為齒條480與導軌412整體形成且齒條480的節線
至少大致與導軌412的中性軸486對齊，所以當導軌412在異形表面上折曲 和扭曲時，傳動齒輪432的齒435保持與齒條480完全嚙合。整體形成的齒 條480可有利地容許支架組件420在軌道組件410上更加精確的定位，並且 因此在工件402上更加精確的定位工具組件450。因此，製造組件400與現 有技術的製造組件相比可提供改善的製造過程的精度和一致性。因為製造過 程可更精確和一致地實施，所以製造過程期間與工件402的檢查和再加工相 關的成本可減小。根據發明的具有軌道組件410的製造組件400還提高了製造過程執行的 速度。因為軌道組件410的整體形成的齒條480在製造過程期間可為工具組 件450提供改進的定位控制，所以工具組件450可以相對更少的由於位置檢 查和位置調節引起延遲來定位和操作，並且可減小製造過程(例如，孔的再 加工等)的修理和再加工的需要。這樣，實施製造過程的速度可增加，製造 過程的效率和生產量可^l是高。應當理解，根據本發明的製造組件，包括上述的製造組件400的特定實 施例，可用於為很多種製造工具提供反向支撐，並且本發明的教導不簡單地 限於涉及鑽孔的製造過程。例如，根據本發明的具有反向支撐組件的製造組 件可用於支撐打鉚機、機械的和電磁的凹式拔具、焊接機、扳手、夾具、磨 沙機、自動敲釘機、機械螺絲刀、刳刨機、除油器、洗滌器、蝕刻器、修邊 工具、雷射器、帶式塗抹器、或實際上任何其它想要類型的製造工具或測量 器具。也可理解，可根據本發明設想設備和方法的多種備選實施例，並且本發 明不限於上述和附圖所示的特定設備和方法。例如，應該注意到，可設想支 架組件420和軌道組件410的很多種備選實施例。例如，在備選實施例中， 才艮據本公開的整體形成的齒條480可與同時待決、共同所有的美國專利申請 No.10/016,524中公開的任何支架組件和軌道組件結合使用，該申請在前面已 經通過引用整合在此。使用非接觸位置感應的製造過程圖23是根據發明實施例的具有位置傳感器組件540的製造組件500的 前視圖。在這個實施例中，製造組件500包括附著於工件20的軌道組件510、 以及可移動地連接到軌道組件510的支架組件520。控制器530可操作地連 接到位置傳感器組件540和支架組件520。如下文更全面描述的那樣，具有
位置傳感器組件540的製造組件500可有利地改善工件24上實施的製造過 程的精度和效率。
圖24是圖23的支架組件520和軌道組件510的上視等距視圖，其中去 除了位置傳感器組件540。在這個實施例中，軌道組件510和支架組件520 基本上類似於關於圖9-11的上述軌道和支架組件實施例。因此，為了簡短， 將僅描述圖23和24所示的顯著不同。
圖25是圖23的製造組件500的位置傳感器組件540和控制器530的放 大局部等距視圖。如圖25所示，位置傳感器組件540包括連接到支架組件 520 (例如，鎖緊圈組件70)的固定架542、和可梯:作地連接到固定架542 的傳感器544。傳感器鏈路546連結在傳感器544和控制器530之間以傳遞 和接收信號。
圖26和27分別是圖25的傳感器544的側視和底視等距視圖。如圖27 最佳示出的那樣，傳感器544包括用於向工件20傳遞信號並且用於從工件 20接收反射信號的感應元件548,如下文更全面的描述。應當理解，傳感器 544可為任何合適的數字或模擬感應元件，包括，例如，那些可從Sunx, Inc. of Des Moines, Iowa或從Keyence， Inc. of American, New Jersey商業化可得傳 感器。在一個實施例中，感應元件548可為光導纖維感應元件，在一個特定 實施例中，感應元件可為同軸光導纖維回反射(retro-reflective)感應元件。 在其它備選實施例中，例如，傳感器元件548可包括照相機(例如，DVT 照相積4見覺系統)，磁感應(magnetic proximity)傳感器、或任何其它合適 的傳感器元件。應當理解，從傳感器544傳遞到工件20並且從工件20反射 回傳感器544的信號可為可見光、紅外線或紫外線信號、聲信號、或任何其 它想要類型的信號。
參考圖23-25，軌道組件510可固定於工件20，支架組件520可用於支 撐位置傳感器組件540,這樣使得感應元件548指向工件20。然後，位置傳 感器組件540可用來定位位於工件20上的一個或多個指標特徵(或參考點) 的坐標。如下文更全面描述的那樣，位置傳感器組件540為製造組件500提 供了基於一個或多個已知的指標特徵(例如，孔、緊固件、軸襯或其它特徵) 來確定製造組件500位置取向的能力，而在傳感器組件540和工件20之間 沒有實際接觸。
一方面，感應元件548包括使用透鏡系統將入射或照射光聚焦到工件20
上的發光LED同軸光導纖維電纜。簡言之，入射光可通過透鏡穿過同軸光導纖維電纜的中心纖維傳遞，並且可被工件20的表面反射。然後，反射光可通過透鏡收集並通過同軸光導纖維電纜的外部部分返回到傳感器放大器。 然後，傳感器放大器將光的亮度轉換為模擬電信號。通過從標準白色反射表 面讀取反射光，傳感器放大器的輸出可被校準到透鏡焦點。當掃描道遇到表 面的不同特徵時，反射光可被分析，並且當收集的數據匹配一組規定參數時， 已知的指標特徵(例如緊固件、孔等)可被識別。通過使用定位系統的反饋，信號可被讀取並且與表面的位置相關。然後，該位置信息可用於在工件20 的表面上定位其它設備，使得工具或過程的控制系統成為可能，如下文更全 面的描述。圖28是流程圖，示出了根據本發明實施例的使用傳感器組件540的位 置測定方法600。圖29是圖28的位置測定方法600的示意性表達。方法600 的步驟可使用已知的可編程或半可編程元件和軟體程序實施。如圖28和29 所示，方法600可在初始步驟602處開始，在該步驟中，位置傳感器組件540 被初始定位得接近於將被探測的指標特徵21，例如通過操作者手動地將支架 組件520定位在軌道組件510上的合適位置處，並且位置傳感器組件540開 始將一個或多個:^果測信號601傳遞到工件20並且接收從工件20回來的相應 反射信號603。其次，在步驟604,傳感器544沿第一方向(在圖29中示為 的y方向)沿第一路徑605或者增量地或者連續地前進。繼續參考圖28和29,當傳感器544沿第一路徑605前進時，方法600 繼續傳遞探測信號601和監測接收的反射信號603以確定是否已經探測到指 標特徵21的第一邊緣607 (步驟606)。如果傳感器144是數字傳感器，則 通過提供傳感器輸出，傳感器144可指示已經到達該邊緣，其中該傳感器輸 出為從指示傳感器144正在接收從工件20反射的反射信號603的第一意義 明確的狀態到指示傳感器144正在接收從指標特徵21反射的反射信號603 的第二意義明確的狀態的轉變。備選地，如果傳感器144是模擬傳感器，則 傳感器輸出可與來自工件20和來自指標特徵21的反射信號603成比例，從 而分別在傳感器144越過各部件時提供指示。最後，基於反射信號603,可探測指標特徵21的第一邊緣607 (圖29) (步驟606 )。其次，在步驟608，傳感器544的位置可被重新調節和局部化， 可執行慢速(或小增量)重新掃描以測定第一邊緣607的坐標，並且存儲第
一邊緣607的坐標。在步驟610，方法600確定剛剛被探測到的邊緣是否為 指標特徵21的第二邊緣609 (見圖29)，並且如果不是，則方法600重複步 驟604到608以確定和儲存第二邊緣609的坐標。其次，在步驟612,方法600使用第一和第二邊緣607、 609的坐標沿第 一路徑605計算第一中心611，並且將傳感器544重新定位到某一位置，該 位置以對應於第一中心611值的沿第一方向(例如y坐標)的值與指標特徵 21隔開。然後在步驟614，沿第二路徑613(圖29中的x方向)推進傳感器 544,並且監測傳感器544的輸出以確定是否沿第二路徑613探測到指標特 徵21的第一邊緣615 (步驟616)。在沿第二路徑613探測到第一邊緣615 後，如上所述，傳感器544的位置可被重新調節和局部化，可沿第二路徑613 執行慢速(或小增量)重新掃描以確定第一邊緣615的坐標，並且儲存沿第 二路徑613的第一邊緣615的坐標(步驟618)。在儲存坐標後，在步驟620， 方法600接下來確定剛剛探測到的邊緣是否為沿第二路徑613的指標特徵21 的第二邊緣617 (見圖29),如果不是，則方法600重複步驟614到618以 確定和儲存沿第二路徑613的第二邊緣617的坐標。在步驟622,方法600 使用沿第二路徑613的第一和第二邊緣615、 617的坐標計算第二中心619 (圖29 )。參考圖28,步驟604到612通常稱為傳感器544的第一掃描624,步驟 614到步驟622可稱為傳感器544的第二掃描626。當使用第一和第二掃描 624、 626確定第一和第二中心611、 619的坐標後，方法600可筒單假設， 指標特徵21的指標中心坐標和第二中心619的坐標相同。如果在步驟628 中認為該方法滿足條件，那麼，方法600在步驟630進行指標特徵21中心 坐標的輸出。然而如果想要另外的精度或證實，則方法600可包括一個或多 個另外的傳感器544的掃描632。如圖28所示，在期望的另外掃描632中，傳感器544在步驟634重新 定位到與指標特徵21隔開的位置，但是沿第二方向(圖29中的x坐標)具 有與第二中心619相同的值。其次，在步驟636,沿第三路徑613 (圖29中 的y方向)推進傳感器544,並且監測傳感器544的輸出以確定是否沿第三 路徑621已探測到指標特徵21的第一邊緣623 (步驟636)。在沿第三路徑 621的第一邊緣623已被探測到之後，傳感器544的位置可被重新調節和局 部化，可沿第三路徑621執行慢速(或小增量)重新掃描以確定第一邊緣623 的坐標，並且儲存沿第三路徑621的第一邊緣623的坐標(步驟640 )。儲存 坐標後，方法600接下來確定剛剛探測到的邊緣是否為沿第三路徑621的指 標特徵21的第二邊緣625 (步驟642)。如果不是，則方法600重複步驟636 到640以確定和儲存沿第三路徑621的第二邊緣625的坐標。在步驟646, 方法600使用沿第三路徑621的第一和第二邊緣623、 625的坐標計算第三 (或另外的)中心627。當另外的掃描632實施後，方法600可再次在步驟628確定是否已達到 預期程度的精度。如果沒有，則可沿例如不同的路徑實施類似於第三掃描632 的額外掃描。如果不想進行額外的掃描，那麼方法600進行到步驟630,並 且輸出指標中心的坐標。第三掃描632 (或更多掃描)的結果可提供指標特 徵21的指標中心的改進的指示。例如，指標中心可確定為第二和第三中心 619、 627坐標的平均值。在輸出指標特徵21的指標中心後(步驟630 ),方 法600可在步驟648中繼續到製造過程的下一階段。可以理解，方法600的第一、第二和第三路徑605、 613、 621的特定位 置和方向可和圖29所示特定實施例不同，而且本發明不限於上述和附圖所 示的特定細節。例如，第一路徑的第一方向可沿x軸，第二路徑的第二方向 可沿y軸，或備選地，第一和第二路徑可沿穿越指標特徵21的任何預期方 向。然而，優選地，第一和第二路徑是正交取向的。還可以理解，方法6(K) 更適合於定位具有圓(或近似圓)形指標特徵的指標中心，儘管使用根據本 發明的設備和方法可採用和探測指標特徵的其它形狀。圖30是根據本發明實施例的用於探測指標特徵21位置的傳感器掃描 704的典型傳感器輸出信號電平702的圖表700。在這個實施例中，指標特 徵21是高出周圍工件20的表面的緊固件頭。圖30的信號電平702可通過 模擬型傳感器544提供。如圖30所示，在傳感器掃描704的第一部分A期 間，當傳感器144接收到來自工件20表面的反射信號時，信號電平702以 一般恆定的電平為特徵。在第二部分B,當探測信號開始衝擊緊固件頭21 的前緣706並從其反射時，信號電平702以傳感器544接收的反射信號的下 降電平為特徵。如圖30進一步所示，當傳感器掃描704繼續時，信號電平702到達位 置C處的第 一最小反射值，然後當傳感器544接收到增加電平的反射信號時， 進入以上升信號電平為特徵的部分D。其次，當傳感器544開始接收來自緊
固件頭21頂部的相對恆定電平的反射信號時，在傳感器掃描704的下一部 分E期間，信號電平通常穩定。傳感器掃描704繼續穿越緊固件頭21頂部 到達緊固件頭21的後緣708,信號電平702最後以相對基本下降到位置F 處的第二最小反射電平為特徵，然後再次上升到來自工件20表面的反射的 環境反射電平特徵。在一個實施例中，通過將對應於第一和第二最小反射電 平(位置C和F)位置的傳感器544坐標指定為各路徑605、 613、 621中的 第一和第二邊緣的坐標位置，參考圖28和29的上述方法600可執行上述的 邊緣確定(步驟606、 608、 616、 618、 638和640 )。更具體地，可通過首先計算環境反射電平(A部分)，例如，通過計算 傳感器電平702的移動平均，從信號電平702計算前緣和後緣706、 708。在 傳感器掃描704期間，當傳感器電平702下降到預定閾值之下時，例如，環 境反射電平的預定百分比，可調用邊緣探測程序。邊緣探測程序可儲存對應 於前緣706的最小傳感器值(位置C)及其坐標位置，並且還可儲存來自對 應於後緣708 (位置F)的最小傳感器值的相同信息。然後，可從兩個最小 傳感器值(位置C和F)的位置數學地計算出中心。應當理解，傳感器電平的特徵可以變化，並且不同的指標特徵可提供與 圖30的圖表700所示的不同形狀、傾向和特徵的傳感器電平。類似地，想 要監測與最小傳感器值位置不同的傳感器電平的不同方面，諸如，例如傳感 器電平的導數(或斜率)。在一個備選實施例中，例如，指標特徵可為具有 凹面軋制邊的軸襯。對於這樣的軸襯，在傳感器掃描越過軸襯期間，通過監 測傳感器電平(例如，相對於傳感器144經過的距離)的導數，可更容易地 確定軸襯邊緣。在那種情況下，導數值的頂峰或最大值可為傳感器114掃描 過的表面輪廓變化率的代表，通過微分常數(constant of differentiation)及 時有效地轉換該模式。在運行過程中，可採用位置傳感器組件540確定工件20上的一個或多 個指標特徵21的位置，從而精確地確定工件20上的製造組件500的位置。 然後，該信息可儲存在控制器530的儲存器中。在採用位置傳感器組件540 用於該目的後，位置傳感器組件540可從支架組件520移除，並且工具組件 550可安裝在支架組件520上。使用儲存在其儲存器中的指令和控制信息， 然後，控制器530可自主控制支架組件520和工具組件550以在工件20的 預期位置處執行預期的製造過程。不同的工具組件可與支架組件520進行交
換以根據需要執行不同的製造過程。根據本發明教導的具有位置傳感器組件的製造組件可有利地改善工件 上的製造過程的質量和效率。使用已經成為工件或結構一部分的指標特徵， 位置傳感器組件可提供在工件上精確定位製造組件的相對快的、自動方法。 從而減小或消除了其精度可能變低的實際接觸指標點的需要。在製造過程的 開始，在工件上精確定位軌道組件的需求也被減小或消除。位置傳感器可精 確確定工件上製造組件的位置，並且對應於儲存在內存中的製造過程(例如， 用於多個鑽孔操作的孔模式)預期位置的資料可在機器空間內使用標準的變 換矩陣算法根據軌道組件在工件上的實際位置被筒單地旋轉或轉換成合適 的隊列和方向。這樣，可改善製造過程在工件上的精度、 一致性和效率，並 且和執行、檢查、以及再加工工件相關的成本可減小。具有位置傳感器組件540的製造組件500另外提供了無需在接觸傳感 器、測隙規、或支架組件520上的其它實際接觸裝置以及工件20上相應的 接觸特徵之間實際接觸就可探測工件20上指標特徵的能力。傳感器元件可 離指標特徵一定距離探測指標特徵，因此消除了傳感器元件和指標特徵間實 際接觸的任何需求。因為沒有實際接觸，相對於需要實際接觸並且在運輸、 儲存期間、或製造過程執行期間可被彎曲、損壞、或在其他方面退化的備選 傳感器系統，位置傳感器組件可提供改進的性能。這樣，位置傳感器組件可 改進位造過程的精度，並且可減小與在工件上確定製造組件方向的過程有關 的工作。另外，位置傳感器組件可有利地減小或消除工件表面損環的可能性， 工件表面的損壞可能在其他方面由表面的實際接觸引起，減小了修理和再加 工工件的需求。因此，製造過程的總的效率和生產量可被增加。可以理解，可根據本發明設想設備和方法的各種備選實施例，並且本發 明不限於上述和附圖所示的特定設備和方法。例如，可以注意到，可假設支 架組件520和軌道組件510的^艮多種備選實施例，包括，例如，授權於Jack 等人的美國專利No.4,850,763教導的導軌和支架組件，以及同時待決、共同 所有的美國專利申請No. 10/016,524中公開的任何支架組件和軌道組件，該 申請通過引用整合在此。另一方面，可採用控制電路800接收和增強位置傳感器組件540的模擬 傳感器的輸出信號。例如，圖31是根據本發明另一備選實施例用於執行位 置測定的讀出電路(sensing circuit) 800。在這個實施例中，讀出電路800
包括比較儀級，從而模擬傳感器806的輸出信號804可發揮數字近程傳感器 的功能，同時它的使用可發揮模擬傳感器的功能。如圖31所示，輸出信號 804饋送到用於提供增益和電平移動級的第一電路部分808。第一電路部分 808對不同類型的工件表面可提供最佳響應。由第 一電路部分808輸出的條 件模擬信號810提供給模擬輸出電極812上的控制器530。類似地，由第一 電路部分808輸出的條件模擬信號810提供為第二電路部分814的輸入。第 二電路部分814用作閾值比較儀級，其在給定的信號電壓上下跳動，為數字 輸出電極818提供合適的數位訊號816。讀出電路800的增益、偏移和閾值 可為預定常數，或根據不同操作條件，由控制器530編程。
包括讀出電路800的製造組件可提供比備選系統改進的位置精確度。因 為讀出電路800可從感應元件接收模擬信號並且既可提供條件模擬輸出又可 提供數字輸出，所以通過使得控制器能夠比較和使用模擬和數字輸出信號， 讀出電路可提供對指標特徵位置探測結果相互校驗的能力。通過使得位置傳 感器組件能夠與模擬或數字控制器或其它想要的電子部件一起使用，讀出電 路800還可提供改進的多功能性。
可以理解，製造組件500的不同操作可由控制器530控制，包括支架組 件520在軌道組件510上的定位、位置傳感器組件540的操作、工具組件550 相對於工件20的定位和嚙合。這些操作利用配備有計算機化的數字控制 (CNC)方法和算法的控制器534可以自動或半自動的方式完成。備選地， 定位可由操作者手動或部分手動地執行，諸如，例如，通過操作者為控制器 534提供手動控制輸入，或通過臨時中止或無效上述支架和上夾組件520、 560的馬達和致動器以容許手動移動。
典型地，為了對執行製造過程提供預期程度的定位精度，可使用上述方 法和設備確定兩個指標特徵21的指標中心。在指標特徵21的一個或多個指 標中心確定後，可使用製造組件500的控制算法將儲存在控制系統內存(例 如在控制器530中)的數據模式轉換到用於控制由製造組件500在工件20 上執行製造過程的機器空間中。可使用標準的、已知的通常在現有CNC加 工處理中運用的數學算法執行這些轉換。
再次參考圖23到25,在又一方面，控制器530可包括整個CNC控制 系統。例如，在一個特定實施例中，控制器530包括8軸伺服控制器、多個 伺服放大器、伺服馬達以及空氣螺線管。因為控制器530直接連接到支架組
件520 (例如，連接到y軸支架50),所以在執行製造過程期間，控制器530 和支架組件520 —起移動。因此，大大減小或消除了控制器530和製造組件 500的其它部件之間的用於將控制信號傳送到支架組件520的驅動馬達40、 60 (以及從其接收反饋信號)、位置傳感器組件540、工具組件550、以及制 造組件的任何其它部件的鏈路或電纜。控制器的控制管纜532 (圖23 )可提 供控制空氣、電力、以及從供給裝置534到控制器530的通訊電纜。備選地， 控制器的控制管纜532也可提供高容量的流體(例如空氣或液壓)以為工具 組件550提供動力。具有安置在支架組件520上的控制器530的製造組件500可進一步改善 製造過程的效率和生產量。因為控制器530安置在支架組件520上，與現有 技術的製造組件相比，延伸在控制器530和支架組件(例如驅動組件、位置 傳感器組件等)以及工具組件550各部分之間的電纜量可減少。因此，製造 組件可為軌道組件上的支架組件提供改進的機動性，因為支架組件的運動不 受限於在支架組件和遠處定位的控制器之間延伸的控制電纜的長度，或受限 於製造環境界線內的遠處定位的控制器的機動性。支架組件520和控制器 530的聯合正好允許單個操作者移動不同位置間的這些部件以在不同位置或 不同工件上實施製造過程，從而進一步改進了製造過程的效率和生產量。圖32是根據本發明又一實施例的造組件900的示意性表達。在這個實 施例中，製造組件卯0包括傳感器單元卯2和在連接到異形工件920的軌道 組件510(不可見)上操作的一對工具單元904。傳感器和工具單元902、 904 各包括上述支架組件。傳感器單元902還包括位置傳感器組件540，而工具 單元卯4包括工具組件550。傳感器和工具單元902、 904可操作地連接到主 控制器906，例如，通過無線或硬體通訊鏈路908。傳感器和工具單元902、 904還包括上述控制器530。在運行過程中，每一傳感器和工具單元卯2、 904可在它們各自的控制 器530的控制下自動操作，或在控制器530和主控制器906 二者的控制下半 自動操作，或由主控制器906完全控制。在一個實施例中，傳感器單元卯2 可以上述方式執行對分布在工件920上的各種指標特徵定位的功能，其信息 可被傳送到主控制器906。然後，主控制器906將指令和控制信號提供到一 個或多個工具單元904以精確定位工具單元904並且在工件920上執行預期 的製造過程。備選地，指標特徵的位置可從傳感器單元卯2直接傳送到一個 或多個工具單元904，並且工具單元卯4可自動操作以在工件920的合適位 置處執行預期的製造過程。當定位在工件920第一部分的指標特徵後，傳感 器單元902可自動移動到下一部分，或通過主控制器906的指令進行到工件 920的下 一部分以為工具單元904騰出空間或定位額外的指標特徵。製造組件900可進一步改進位造過程的效率和生產量。如以上指出的那 樣，因為各單元902、 904的控制器530安置在支架組件520上，所以與各 單元902、 904相連的電纜和電線的數量可減少，從而改進了各單元在工件 920上的機動性。因為在各單元902、卯4和遠處定位的控制器之間延伸的電 纜需求可減少，所以可增加在單個軌道組件上以相對緊密鄰近的方式定位和 操作的不同單元902、 904的數目。因此，改善了製造過程的效率和生產量。伺服控制的製造過程再次參考圖24,在一個特定實施例中，根據本發明的製造組件500包括 可控制地附著於工件20的軌道組件510，和可移動地連接到軌道組件510 的支架組件520。控制器530安置在支架組件上並且可操作地連接到伺服控 制的工具組件550和支架組件520。此外，應當理解，軌道組件510和支架 組件520基本上與參考圖9-11的上述軌道和支架組件實施例相似。如下文更 全面描述的那樣，具有伺服控制的工具組件550的製造組件500可有利地改 善工件20上執行的製造過程的精度和效率。圖33是圖24的製造組件500的伺服控制的工具組件550的放大前視圖。 圖34和35分別是圖33的伺服控制的工具組件550的剖開的頂視圖和底視 圖。在這個實施例中，工具組件550包括鑽軸模塊552和驅動單元(或進給 單元)554。鑽軸模塊552包括中心定位的馬達軸556,該馬達軸556具有布 置在其上的電樞繞組558 (圖34)。馬達軸556包括鑽機固定夾562,該鑽機 固定夾562可固定與工件20嚙合的鑽機部件560。馬達軸556另外包括位於馬達軸556上端的潤滑油槽555和穿過馬達軸 556的長度從潤滑油槽555縱向延伸到鑽機部件560以使潤滑劑能夠通過軸 556施加到鑽機部件560的潤滑油通道557 (圖33)。引導軸襯563向下延展 圍繞鑽機部件560並且在製造過程期間可靠地抵著工件20嚙合。具有多個 空氣冷卻口 565的主軸馬達殼564圍繞馬達軸556布置，現場組件(field assembly) 566 (圖34 )位於馬達殼564內並且接近馬達軸556的電樞繞組 558。現場組件566包括一個或多個與電樞繞組558結合的提供輕型無電刷
發動機的永久磁鐵。頂蓋569 (在圖34中部分暴露的視圖中被移除)覆蓋了 主軸馬達殼564的上部。如圖34進一步所示，鑽機速度編碼器568安置在 馬達軸556上。繼續參考圖33-35,工具組件550的驅動單元554包括通過四個軸向隔 開的導杆574可滑動地連接到驅動平臺572的基座部件570。在這個實施例 中，驅動平臺572連接到轉軸模塊552,而基座部件570連接到支架組件520。可旋轉地安置。儘管在附圖中馬達殼564 (以及現場組件566 )示出為連接 到驅動平臺572，但在備選實施例中，馬達殼564可連接到基座部件570, 或連接到基座部件和驅動平臺572 二者。如圖33最佳示出的那樣，驅動單元(或進給單元)554包括兩個延伸在 基座部件570和驅動平臺572之間的滾珠螺杆576。伺服馬達578安置在驅 動平臺572上，並且通過傳動皮帶580 (圖35 )連接到每個滾珠螺杆576。 如圖34所示，傳動皮帶580嚙合在幫助保持滾珠螺杆576和傳動皮帶580 積極嚙合的多個皮帶伸張器582上。伺服馬達578和轉軸模塊552,包括鑽 機速度編碼器568,可操作地連接到控制器530。在運行過程中，支架組件520以上述方式定位在工件20的預期位置。 然後，工具組件550的驅動單元554由控制器530開動，使得伺服馬達578 驅動滾珠螺杆576,向著基座部件570推進驅動平臺572,並且因此，向著 工件20驅動轉軸模塊552並且使引導軸襯563嚙合工件20。類似地，可開 動轉軸模塊552以準備用於嚙合工件20的鑽機部件560。當驅動單元554 繼續向著基座部件570驅動驅動平臺572時，鑽機部件560被驅入工件20, 在工件20上執行預期的製造過程。在製造過程執行後，控制器530可將合 適的控制信號傳送到伺服馬達578以沿相反方向旋轉滾珠螺杆576，從而拉 動驅動平臺572離開基座部件570並且使轉軸模塊552從工件20撤回。然 後，支架組件520可重新定位到新位置，根據需要重複該過程。根據本發明教導的具有伺服控制的工具組件的製造組件可有利地提高 工件上製造過程的質量和效率。例如，根據本發明的伺服控制的工具組件550 提供極輕的製造設備。具體來說，因為工具組件550可結合現場組件566, 其中該現場組件566可包括一個或多個與馬達軸556上的電樞繞組558 —起 以提供無電刷馬達的稀土永久磁鐵，所以工具組件550比現有技術的氣動工
具組件要輕很多。節省的額外重量通過提供整合有鑽機固定夾562並包括內部潤滑劑通道557的馬達軸556來實現。另外，轉軸模塊552的所有部件， 包括無框架馬達，設置在一個軸上並且共享一組旋轉軸承。因此，根據本發 明教導的伺服控制的工具組件基本上比現有技術的工具組件要輕，在製造過 程期間提供了改進的控制能力和精度。同樣，因為工具組件重量更輕，製造 組件500的安裝和拆卸可被簡化，並且製造過程的效率和生產量可被提高。另外，因為驅動單元554的進給速率可通過伺服馬達578精確控制，所 以伺服控制的工具組件550可提供比現有技術的工具組件改進的性能。例如， 通過速度編碼器568監測的馬達軸556的轉速，控制器530可將合適的控制 信號傳送到伺服馬達578 (或傳送到轉軸模塊552 ),以在軸的轉速和轉軸模 塊552的進給速率之間提供預期關係。在一個實施例中，例如，控制器530 可謹慎地控制轉軸模塊552的進給速率和/或轉速，以提供進入工件的最大鑽 進速率。備選地，控制器530可控制工具組件以在轉軸模塊552上保持預期 的工作負荷，或提供最高質量的鑽孔操作。伺服控制工具組件550的增強的 可控制能力在工件20的物理特徵可變，例如，對於包括多層不同硬度值的 不同材料的工件20,的情況下特別有效。在這種情況下，控制器530可快速 有效地調節由伺服馬達578提供的進給速率，以保持轉軸模塊552的預期鑽 孔速率。因此，使用根據本發明的伺服控制的工具組件，鑽孔速率和進給速 率都可精確控制，以提供最佳性能和提高製造生產量。可以理解，根據本發明可設想設備和方法的多種備選實施例，並且本發 明不限於上述和附圖所示的特定設備和方法。例如，可以注意到，可假設支 架組件520和軌道組件510的很多種備選實施例，包括，例如，授權於Jack 等人的美國專利No.4,850,763教導的導軌和支架組件以及在同時待決、共同 所有的美國專利申請No.10/016,524中公開的任何支架組件和軌道組件，該 申請已經在前面通過參考整合在此。還可以注意到，在備選實施例中，轉軸模塊552可由很多種製造工具代 替以在工件20上執行任何預期的製造過程。在備選實施例中，例如，轉軸 模塊552可由一個或多個打鉚機、機械的和電磁的凹式拔具、焊接機、扳手、 夾具、磨沙機、自動敲釘機、機械螺絲刀、刳刨機、除油器、洗滌器、蝕刻 器、修邊工具、雷射器、帶式塗抹器、或實際上任何其它想要類型的製造工 具或測量器具代替。 結論雖然如上文指出的那樣，在這裡圖示和描述了本發明的特定實施例，但 是在不脫離本發明的實質和範圍內可進行許多改變。因此，本發明的範圍不 局限於上述特定實施例的公開。相反，本發明應該完全由所附的權利要求確 定。
權利要求
1.一種用來相對於工件表面支撐工具的設備，所述設備包括適於附著到所述工件的基座；連接到所述基座並可相對於所述工件沿平移軸移動的工具架；以及可操作地連接到所述基座和所述工具架至少其中之一的偏置裝置，所述偏置裝置適於至少部分平衡沿所述平移軸作用在所述工具架上的力。
2. 如權利要求1所述的設備，其中所述平移軸具有至少一個垂直於所述 工件表面局部法線的分量。
3. 如權利要求1所述的設備，其中所述工具架沿著導軌可滑動地連接到 所述基座。
4. 如權利要求1所述的設備，其中所述工具架可沿所述平移軸在第一和 第二方向移動。
5. 如權利要求l所述的設備，其中所述偏置裝置包括氣動致動器。
6. 如權利要求l所述的設備，其中所述偏置裝置包括馬達。
7. 如權利要求l所述的設備，其中所述偏置裝置包括恆定扭距馬達。
8. 如權利要求l所述的設備，其中所述偏置軸與所述平移軸對齊。
9. 如權利要求1所述的設備，其中所述偏置裝置沿所述偏置軸在偏置方 向上可控制地偏置。
10. 如權利要求l所述的設備，其中所述基座包括 可連接到所述工件表面的至少一個細長的導軌部件；以及 可移動地連接到所述至少一個導軌部件的支架組件，所述工具架連接到所述支架組件。
11. 如權利要求IO所述的設備，其中所述平移方向至少局部橫斷所述至 少 一個細長的導4九部件。
12. 如權利要求10所述的設備，其中所述支架組件包括驅動組件，所述 驅動組件具有可操作地嚙合所述至少一個導軌部件並適於沿所述至少一個 導軌部件驅動所述支架組件的驅動馬達。
13. 如權利要求IO所述的設備，其中所述基座包括 第一和第二細長的柔性導軌，所述導軌彼此隔開並且大致平行； 連接到各導軌並且沿其以一定間隔隔開從而通過真空將各導軌可釋放 地連接到所述工件表面的多個真空連接裝置；以及連接到所述工具架並且可移動地嚙合所述導軌的支架，所述支架可沿所 述導軌移動以將所述工具架相對於所述工件定位到不同位置。
14. 一種用於在工件表面執行製造過程的組件，所述組件包括 適於附著到所述工件的基座；連接到所述基座並可沿平移軸相對於所述工件移動的工具架； 連接到所述工具架並適於嚙合所述工件表面以在所述工件表面執行製造過程的製造工具；以及可操作地連接到所述基座和所述工具架至少其中之一的偏置裝置，所述偏置裝置適於至少部分平衡沿所述平移軸作用在所述工具架上的力。
15. 如權利要求14所述的組件，其中所述平移軸具有至少一個垂直於所 述工件表面局部法線的分量。
16. 如權利要求14所述的設備，其中所述工具架沿導軌可滑動地連接到 所述基座。
17. 如權利要求14所述的設備，其中所述工具架可沿所述平移軸在第一 和第二方向移動。
18. 如權利要求14所述的設備，其中所述偏置裝置包括氣動致動器。
19. 如權利要求14所述的設備，其中所述偏置裝置包括馬達。
20. 如權利要求14所述的設備，其中所述偏置裝置包括恆定扭距馬達。
21. 如權利要求14所述的設備，其中所述偏置軸與所述平移軸對齊。
22. 如權利要求14所述的設備，其中所述偏置裝置沿所述偏置軸在偏置 方向上可控制地偏置。
23. 如權利要求14所述的設備，其中所述基座包括 可連接到所述工件表面的至少 一個細長的導4九部件；以及 可移動地連接到所述至少一個導軌部件的支架組件，所述工具架連接到所述支架組件。
24. 如權利要求23所述的設備，其中所述平移方向至少局部橫斷所述至 少一個細長的導軌部件。
25. 如權利要求23所述的設備，其中所述支架組件包括驅動組件，所述 驅動組件具有可操作地嚙合所述至少一個導軌部件並適於沿所述至少一個 導軌部件驅動所述支架組件的驅動馬達。
26. 如權利要求14所述的組件，其中所述基座包括 第一和第二細長的柔性導軌，所述導軌彼此隔開並且大致平行；連接到各導軌並且沿其以一定間隔隔開從而通過真空將各導軌可釋放 地連接到所述工件表面的多個真空連接裝置；以及連接到所述工具架並且可移動地嚙合所述導軌的支架，所述支架可沿所 述導軌移動以將所述工具架相對於所述工件定位到不同位置。
27. 如權利要求14所述的組件，其中所述製造工具包括鑽機，並且所 述製造過程包括鑽孔操作。
28. —種在工件表面執行製造過程的方法，所述方法包括 可移動地支撐鄰近所述工件表面的製造工具，所述製造工具可在所述工件表面上沿平移方向移動；以及使用偏置裝置沿偏置方向提供偏置力，所述偏置方向基本上平行於所述 平移方向。
29. 如權利要求28所述的方法，其中可移動地支撐鄰近所述工件表面的 製造工具包括在臨近所述工件表面定位的導軌上可滑動地支撐所述製造工 具，所述製造工具可沿所述導軌在第一平移方向移動，還可以沿與所述第一 平移方向方向相反的第二平移方向移動。
30. 如權利要求28所述的方法，其中使用偏置裝置沿偏置方向提供偏置 力包括提供偏置力，所述偏置力適於平衡沿所述平移方向作用在所述製造工 具上的力。
31. 如權利要求30所述的方法，其中提供適於平衡作用在所述製造工具 上的力的偏置力包括提供適於平衡作用在所述製造工具上的重力的偏置力。
32. 如權利要求28所述的方法，其中使用偏置裝置沿偏置方向提供偏置 力包括提供與所述平移方向方向相反的偏置力。
33. 如權利要求28所述的方法，其中使用偏置裝置沿偏置方向提供偏置 力包括使用偏置氣釭沿偏置方向提供偏置力。
34. 如權利要求28所述的方法，其中使用偏置裝置沿偏置方向提供偏置 力包括使用馬達沿偏置方向提供偏置力。
35. 如權利要求28所述的方法，另外包括沿所述平移方向移動所述制 造工具。
36. 如權利要求28所述的方法，另外包括使用所述製造工具在所述工件表面上執行所述製造過程。
37. 如權利要求36所述的方法，其中所述製造工具包括鑽機，並且所述 製造過程包括鑽孔操作。
38. —種在工件表面執行製造過程的方法，所述方法包括 可分離地將支撐部件固定在所述工件表面；可移動地將製造工具連接到所述支撐部件，所述製造工具可在所述工件 表面上沿平移方向相對於所述支撐部件移動；可靠地將所述製造工具嚙合到所述工件表面；以及利用可靠地嚙合所述工件表面的所述製造工具，從所述工件表面分離所 述支撐部件；和利用可靠地嚙合所述工件表面的所述製造工具，相對於所述製造工具移 動所述支撐部件。
39. 如權利要求38所述的方法，其中可分離地將支撐部件固定到所述工 件表面包括可分離地將一對細長的導軌部件固定到所述工件表面。
40. 如權利要求38所述的方法，其中可分離地將支撐部件固定到所述工 件表面包括為真空組件提供真空以可分離地將所述支撐部件固定到所述工 件表面。
41. 如權利要求38所述的方法，其中相對於所述製造工具移動所述支撐 部件包括相對於所述製造工具沿x軸移動所述支撐部件，所述x軸大致垂直 於所述平移方向。
42. 如權利要求38所述的方法，其中相對於所述製造工具移動所述支撐 部件包括相對於所述製造工具沿x軸移動所述支撐部件，所述x軸大致垂直 於所述平移方向和垂直於所述工件表面的局部法線。
43. 一種用來相對於工件支撐製造工具的設備，所述設備包括 適於附著到所述工件的軌道組件；可移動地連接到所述軌道組件並可相對於所述工件沿平移軸移動的支 架，所述支架包括適於接收和支撐製造工具的工具架；以及可操作地連接到所述支架並且適於固定到所述工件以至少部分平衡由
44. 如權利要求43所述的設備，其中所述反作用力支撐組件包括適於齧 合所述工件中的孔的上夾銷，和可操作地連接到所述上夾銷並適於致動所述上夾銷與所述工件可靠嚙合的上夾致動器。
45. 如權利要求43所述的設備，其中所述反作用力支撐組件包括適於固 定到所述工件表面的真空杯組件。
46. 如權利要求43所述的設備，其中所述反作用力支撐組件包括適於螺 紋嚙合所述工件中的螺紋孔的螺紋銷。
47. 如權利要求43所述的設備，其中所述反作用力支撐組件包括 可移動地連接到所述支架並可沿第 一軸移動的第 一部件； 連接到所述第一部件和所述支架並適於沿所述第一軸移動所述第一部件的第一致動器；可移動地連接到所述第一部件並可沿方向正交於所述第一軸的第二軸 移動的第二部件；連接到所述第二部件和所述第一部件並適於沿所述第二軸移動所述第 二部件的第二致動器；以及連接到所述第二部件並適於固定到所述工件的固定裝置。
48. 如權利要求47所述的設備，其中所述固定裝置通過第三致動器連接 到所述第二部件，所述第三致動器適於沿方向正交於所述第一和第二軸的第 三軸移動所述固定裝置。
49. 如權利要求48所述的設備，其中所述第二軸大致平行於所述支架的 平移軸，並且其中所述第一軸適於大致平行於所述製造工具的縱軸。
50. 如權利要求49所述的設備，其中所述第一部件可移動地連接到所述軸。
51. 如權利要求49所述的設備，其中所述第二部件可移動地連接到所述 第一部件上的一對細長部件，所述細長部件適於大致平行於所述支架的平移軸。
52. 如權利要求43所述的設備，其中所述軌道組件包括至少一條導軌， 並且其中所述支架可滾動地連接到所述導軌。
53. 如權利要求43所述的設備，其中所述支架包括可移動地連接到所述 軌道組件的x軸部分，和可移動地連接到所述x軸部分並可相對於x軸部分 沿方向橫斷所述平移軸的y軸移動的y軸部分。
54. 如權利要求43所述的設備，其中所述支架包括驅動組件，所述驅動 組件具有可操， 的驅動馬達。
55. —種用於在工件上執行製造過程的組件，所述組件包括 適於附著到所述工件的軌道組件；可移動地連接到所述軌道組件並可相對於所述工件沿平移軸移動的支 架，所述支架包括適於接收和支撐製造工具的工具架；的製造工具；以及可操作地連接到所述支架並且適於固定到所述工件以至少部分平衡由
56. 如權利要求55所述的組件，其中所述反作用力組件包括適於嚙合所 述工件中的孔的上夾銷，和可操作地連接到所述上夾銷並適於致動所述上夾 銷與所述工件可靠嚙合的上夾致動器。
57. 如權利要求55所述的組件，其中所述反作用力支撐組件包括適於固 定到所述工件表面的真空杯組件。
58. 如權利要求55所述的組件，其中所述反作用力支撐組件包括適於螺 紋嚙合所述工件中的螺紋孔的螺紋銷。
59. 如權利要求55所述的組件，其中所述反作用力支撐組件包括 可移動地連接到所述支架並可沿第 一軸移動的第 一部件； 連接到所述第一部件和所述支架並適於沿所述第一軸移動所述第一部件的第一致動器；可移動地連接到所述第一部件並可沿方向正交於所述第一軸的第二軸 移動的第二部件；連接到所述第二部件和所述第一部件並適於沿所述第二軸移動所述第 二部件的第二致動器；以及連接到所述第二部件並適於固定到所述工件的固定裝置。
60. 如權利要求59所述的組件，其中所述固定裝置通過第三致動器連接 到所述第二部件，所述第三致動器適於沿方向正交於所述第一和第二軸的第 三軸移動所述固定裝置。
61. 如權利要求60所述的組件，其中所述第二軸大致平行於所述支架的 平移軸，並且其中所述第一軸適於大致平行於所述製造工具的縱軸。
62. 如權利要求61所述的組件，其中所述第一部件可移動地連接到所述 支架上的一對細長部件，所述細長部件適於大致平行於所述製造工具的縱 軸。
63. 如權利要求61所述的組件，其中所述第二部件可移動地連接到所述 第一部件上的一對細長部件，所述細長部件適於大致平行於所述支架的平移軸。
64. 如權利要求55所述的組件，其中所述軌道組件包括至少一條導軌， 並且其中所述支架可滾動地連接到所述導軌。
65. 如權利要求55所述的組件，其中所述支架包括可移動地連接到所述 軌道組件的x軸部分，和可移動地連接到所述x軸部分並可相對於x軸部分 沿方向橫斷所述平移軸的y軸移動的y軸部分。
66. 如權利要求55所述的組件，其中所述支架包括驅動組件，所述驅動的驅動馬達。
67. 如權利要求55所述的組件，其中所述製造工具包括鑽機並且所述制 造過程包括鑽孔操作。
68. —種在工件上執行製造過程的方法，所述方法包括 可移動地支撐臨近所述工件表面的製造組件，所述製造組件包括製造工具和反作用力支撐組件，所述製造組件可沿平移方向移動，其中所述平移方 向至少部分沿垂直於所述工件表面局部法線的方向；使用所述製造工具向所述工件施加製造力，所述製造力至少部分沿所述 局部法線；以及在向所述工件施加製造力的同時，使用所述反作用力支撐組件向所述工 件施加反作用力，所述反作用力沿基本上平行於所述製造力並與其相反的方向。
69. 如權利要求68所述的方法，其中可移動地支撐臨近所述工件表面的 製造組件包括將所述製造組件可滑動地支撐在鄰近所述工件表面定位的導 軌上。
70. 如權利要求68所述的方法，其中向所述工件施加反作用力包括將上 夾銷插入到所述工件的孔中並致動可操作地連接到所述上夾銷的上夾致動 器。
71. 如權利要求68所述的方法，其中向所述工件施加反作用力包括施加 真空壓力到所述工件表面。
72. 如權利要求68所述的方法，其中向所述工件施加反作用力包括將螺 紋部件插入到所述工件的螺紋孔中，並致動可操作地連接到所述螺糹^部件的 致動器。
73. 如權利要求68所述的方法，其中向所述工件施加反作用力包括施加 至少大致平衡所述製造力的反作用力。
74. 如權利要求68所述的方法，還包括使用所述反作用力支撐組件在向 所述工件施加反作用力的同時沿所述平移方向移動所述製造工具。
75. 如權利要求68所述的方法，還包括使用所述製造工具在所述工件上 執行製造過程。
76. 如權利要求68所述的方法，其中所述製造工具包括鑽機，所述製造 過程包括鑽孔操作。
77. —種用來相對於工件支撐製造工具的設備，所述設備包括適於附著到所述工件並包括至少一條導軌的軌道組件，所述導軌具有縱 向延伸的中性軸和沿至少大致與所述縱向延伸的中性軸重合的節線延伸的 齒條。
78. 如權利要求77所述的設備，其中所述齒條整體成形在所述導軌中。
79. 如權利要求77所述的設備，其中所述齒條包括多個孔。
80. 如權利要求77所述的設備，其中所述齒條包括多窗孔，至少某些孔 為逐漸變細的、楔形的孔。
81. 如權利要求77所述的設備，其中所述齒條包括多個孔，至少某些孔 為逐漸變細的、圓錐形的孔。
82. 如權利要求77所述的設備，其中所述導軌包括基本平坦的部件，所 述部件具有基本上大於所述基本平坦的部件厚度的寬度，所述基本平坦的部件繞剛性軸的彎曲基本上較難，繞彎曲軸的彎曲基本上較易，其中所述剛性 軸沿與所述基本平坦的部件的厚度對齊的第一方向延伸，所述彎曲軸沿與所 述基本平坦的部件的寬度對齊的第二方向延伸。
83. 如權利要求77所述的設備，其中所述導軌包括第一導軌，並且其中 所述軌道組件包括方向大致平行於所述第一導軌的第二導軌，所述第一和第 二軌道各具有縱向延伸的中性軸和齒條，所述齒條沿至少大致與縱向延伸的 中性軸重合的節線延伸。
84. 如權利要求77所述的設備，其中所述軌道組件包括 第一和第二細長的柔性導軌，所述導軌彼此隔開且大致平行；以及連接到各導軌並且沿其以 一定間隔隔開以通過真空可釋放地將各導軌 連接到所述工件表面的多個真空連接裝置，所述導軌的寬度基本上平行於所 述工件表面延伸，所述導軌根據需要彎曲和扭曲以基本上跟隨所述工件表 面。
85. 如權利要求84所述的設備，其中各導軌繞第一彎曲軸的彎曲相對 難，繞正交於所述第一彎曲軸的第二彎曲軸的彎曲相對容易，並且其中各導 軌如此安置在所述工件上，使得所述第一彎曲軸基本正交於所述工件表面， 並且所述第二彎曲軸基本平行於所述工件表面。
86. 如權利要求77所述的設備，還包括可移動地連接到所述軌道組件並 可相對於所述工件沿所述至少一條導軌移動的支架，所述支架包括適於接收 和支撐製造工具的工具架。
87. 如權利要求86所述的設備，其中所述支架包括驅動組件，所述驅動 組件適於沿所述軌道組件驅動所述支架並具有連接到傳動齒輪的驅動馬達， 所述傳動齒輪可操作地嚙合所述齒條。
88. 如權利要求86所述的設備，其中所述齒條包括多個孔，並且其中所動馬達的驅動組件，所述傳動齒輪具多個齒，至少某些齒可操作地嚙合所述 齒條的孔，所述孔適於匹配所述齒的橫斷面輪廓。
89. 如權利要求86所述的設備，還包括可操作地連接到所述支架並適於 固定到所述工件以至少部分平衡由所述製造工具作用在所述工件上的製造 力的反作用力組件。
90. 如權利要求86所述的設備，其中所述支架包括可移動地連接到所述 軌道組件的x軸部分，和可移動地連接到所述x軸部分並可相對於所述x軸 部分沿方向橫斷所述軌道組件的y軸移動的y軸部分。
91. 一種用於在工件上執行製造過程的組件，所述組件包括適於附著到所述工件並包括至少一條導軌的軌道組件，所述導軌具有縱 向延伸的中性軸和沿至少大致與所述縱向延伸的中性軸重合的節線延伸的齒條； 可移動地連接到所述軌道組件並可相對於所述工件沿所述軌道組件移 動的支架，所述支架包括適於接收和支撐製造工具的工具架；以及的製造工具。
92. 如權利要求91所述的組件，其中所述齒條整體成形在所述導軌中。
93. 如權利要求91所述的組件，其中所述齒條包括多個孔。
94. 如權利要求91所述的組件，其中所述齒條包括多窗孔，至少某些孔 為逐漸變細的、楔形的孔。
95. 如權利要求91所述的組件，其中所述齒條包括多個孔，至少某些孔 為逐漸變細的、圓錐形的孔。
96. 如權利要求91所述的組件，其中所述導軌包括基本平坦的部件，所 述部件具有基本上大於所述基本平坦的部件厚度的寬度，所述基本平坦的部 件繞剛性軸的彎曲基本上較難，繞彎曲軸的彎曲基本上較易，其中所述剛性 軸沿與所述基本平坦的部件的厚度對齊的第 一 方向延伸，所述彎曲軸沿與所 述基本平坦的部件的寬度對齊的第二方向延伸。
97. 如權利要求91所述的組件，其中所述導軌包括第一導軌，並且其中 所述軌道組件包括方向大致平行於所述第一導軌的第二導軌，所述第一和第 二軌道各具有縱向延伸的中性軸和齒條，所述齒條沿至少大致與縱向延伸的 中性軸重合的節線延伸。
98. 如權利要求91所述的組件，其中所述軌道組件包括 第一和第二細長的柔性導軌，所述導軌彼此隔開且大致平行；以及連接到各導軌並且沿其以 一定間隔隔開以通過真空可釋放地將各導軌 連接到所述工件表面的多個真空連接裝置，所述導軌的寬度基本上平行於所 述工件表面延伸，所述導軌根據需要彎曲和扭曲以基本上跟隨所述工件表 面。
99. 如權利要求98所述的組件，其中各導軌繞第一彎曲軸的彎曲相對 難，繞正交於所述第一彎曲軸的第二彎曲軸的彎曲相對容易，並且其中各導 軌如此安置在所述工件上，使得所述第一彎曲軸基本正交於所述工件表面， 並且所述第二彎曲軸基本平行於所述工件表面。
100. 如權利要求91所述的組件，其中所述支架包括驅動組件，所述驅 動組件適於沿所述軌道組件驅動所述支架並具有連接到傳動齒輪的驅動馬 達，所述傳動齒輪可操作地嚙合所述齒條。
101. 如權利要求91所述的組件，其中所述齒條包括多個孔，並且其中 所述支架包括適於沿所述軌道組件驅動所述支架並具有連接到傳動齒輪的 驅動馬達的驅動組件，所述傳動齒輪具多個齒，至少某些齒可操作地。齒合所 述齒條的孔，所述孔適於匹配所述齒的橫斷面輪廓。
102. 如權利要求91所述的組件，還包括可操作地連接到所述支架並適造力的反作用力組件。
103. 如權利要求91所述的組件，其中所述支架包括可移動地連接到所 述軌道組件的x軸部分，和可移動地連接到所述x軸部分並可相對於所述x 軸部分沿方向橫斷所述軌道組件的y軸移動的y軸部分。
104. 如權利要求91所述的組件，其中所述製造工具包括鑽機，所述制 造過程包括鑽孔操作。
105. —種在工件上執行製造過程的方法，所述方法包括 將軌道組件附著到所述工件，所述軌道組件包括至少一條導軌，所述導軌具有縱向延伸的中性軸和沿至少大致與所述縱向延伸的中性軸重合的節 線延伸的齒條；將製造工具可移動地支撐在所述軌道組件上；將驅動設備與所述齒條嚙合；以及使用所述驅動設備沿所述軌道組件驅動所述製造工具。
106. 如權利要求105所述的方法，其中將軌道組件附著到所述工件包括 通過所述軌道組件向著所述工件施加吸力。
107. 如權利要求105所述的方法，其中將軌道組件附著到所述工件包括 連接軌道組件，所述軌道組件具有至少一條導軌，所述導軌包括整體形成在 所述導軌中的齒條。
108. 如權利要求105所述的方法，其中將軌道組件附著到所述工件包括 連接軌道組件，所述軌道組件具有至少一條導軌，所述導軌包括包含有多個 孔的齒條。
109. 如權利要求105所述的方法，其中將軌道組件附著到所述工件包括 連接軌道組件，所述軌道組件具有至少一條導軌，所述導軌包括包含有多個 孔的齒條，至少某些孔為逐漸變細的、楔形的孔。
110. 如權利要求105所述的方法，其中將軌道組件附著到所述工件包括連接軌道組件，所述軌道組件具有至少一條導軌，所述導軌包括包含有多個 孔的齒條，至少某些孔為逐漸變細的、圓錐形的孔。
111. 如權利要求105所述的方法，其中將軌道組件附著到所述工件包括 連接軌道組件，所述軌道組件具有至少一條導軌，其中所述導軌包括基本平 坦的部件，所述部件具有基本上大於所述基本平坦的部件厚度的寬度，所述 基本平坦的部件繞剛性軸的彎曲基本上較難，繞彎曲軸的彎曲基本上較易， 其中所述剛性軸沿與所述基本平坦的部件的厚度對齊的第一方向延伸，所述 彎曲軸沿與所述基本平坦的部件的寬度對齊的第二方向延伸。
112. 如權利要求105所述的方法，其中將製造工具可移動地支撐在所述 軌道組件上包括將支架可移動地連接到所述軌道組件，所述支架包括適於接 收和支撐製造工具的工具架。
113. 如權利要求105所述的方法，其中將製造工具可移動地支撐在所述 軌道組件上包括將支架可移動地連接到所述軌道組件，所述支架包括適於沿 所述軌道組件驅動所述支架並具有連接到傳動齒輪的驅動馬達的驅動組件， 所述傳動齒輪可操作地嚙合所述齒條。
114. 如權利要求105所述的方法，其中將驅動設備嚙合所述齒條包括將 至少一個齒嚙合至少一個孔，所述孔適於匹配所述齒的橫斷面輪廓。
115. 如權利要求105所述的方法，還包括使用所述製造工具在所述工件 上執行製造過程。
116. 如權利要求115所述的方法，其中執行製造過程包括執行鑽孔操作。
117. 如權利要求105所述的方法，還包括使用反作用力支撐組件向所述上的製造力相反的方向。
118. 如權利要求105所述的方法，還包括在施加反作用力的同時使用所 述製造工具在所述工件上執行製造過程。
119. 一種用於在工件上執行製造過程的設備，所述設備包括 適於附著到所述工件的軌道組件；可移動地連接到所述軌道組件並可相對於所述工件移動的支架組件；以及可操作地連接到所述支架組件並包括適於可操作地相對於所述工件定 位的傳感器元件的位置傳感器，所述傳感器元件適於從遠離指標特徵的距離 探測所述工件上的所述指標特徵的至少一個邊緣。
120. 如權利要求119所述的設備，其中所述傳感器元件包括光導纖維感應元件。
121. 如權利要求119所述的設備，其中當所述傳感器元件通過所述支架 組件在所述工件上移動時，所述傳感器元件適於探測所述指標特徵的至少一 個邊緣。
122. 如權利要求119所述的設備，還包括可操作地連接到所述位置傳感 器的控制器，所述控制器適於從所述位置傳感器接收指示沿所述位置傳感器 移動的第一路徑已經^探測到所述指標特徵第一邊緣的第一邊緣探測信號，適 於從所述位置傳感器接收指示沿所述第 一路徑已經探測到所述指標特徵第 二邊緣的第二邊緣探測信號，以及適於基於所述第 一和第二邊緣探測信號計 算中點位置。
123. 如權利要求122所述的設備，其中所述控制器進一步適於從所述位 置傳感器接收分別指示沿所述位置傳感器移動的第二路徑已經探測到所述 指標特徵第三和第四邊緣的第三和第四邊緣探測信號，並且還適於基於所述 第一、第二、第三和第四邊緣探測信號計算所述指標特徵的估計中心。
124. 如權利要求119所述的設備，還包括安裝在所述支架組件上並且可 操作地連接到所述位置傳感器的控制器。
125. 如權利要求124所述的設備，其中所述支架組件包括可被操作沿所 述軌道組件平移所述支架組件的驅動組件，所述驅動組件可操作地連接到所 述控制器。
126. 如權利要求125所述的設備，其中所述驅動組件被進一步操作以沿 橫斷所述軌道組件的方向平移所述位置傳感器。
127. 如權利要求119所述的設備，其中所述位置傳感器包括讀出電路， 所述讀出電路具有連接到所述感應元件的第一部分，所述第一部分適於接收 模擬輸入信號並在第一輸出電極提供條件模擬輸出信號，所述讀出電路還包 括連接到所述第 一部分並適於接收所述條件模擬輸出信號以及在第二輸出 電極提供數字輸出信號的第二部分。
128. 如權利要求127所述的設備，其中所述讀出電路的第一部分適於提供所述模擬輸入信號的增益和電平移動。
129. 如權利要求127所述的設備，其中所述讀出電路的第二部分包括閾 值比較儀電路，所述閾值比較儀電路適於在所述條件模擬輸出信號低於閾值 電平時提供第 一數字輸出信號，在所述條件模擬輸出信號高於所述閾值電平 時提供第二數字輸出信號。
130. 如權利要求127所述的設備，其中所述讀出電路的第一部分適於提 供所述模擬輸入信號的增益和電平移動，並且其中所述讀出電路的第二部分 包括閾值比較儀電路，所述閾值比較儀電路適於在所述條件模擬輸出信號低 於閾值電平時提供第一數字輸出信號，在所述條件模擬輸出信號高於所述闊 值電平時提供第二數字輸出信號，所述增益和閾值電平中至少其中之一可編 程。
131. 如權利要求119所述的設備，還包括連接到所述支架組件並嚙合所
132. —種用於在工件上執行製造過程的設備，所述設備包括 適於附著到所述工件的軌道組件；可移動地連接到所述軌道組件並可相對於所述工件移動的支架組件；以及可操作地連接到所述支架組件並包括適於可操作地相對於所述工件定 位的傳感器元件和讀出電路的位置傳感器，所述讀出電路具有連接到所述感 應元件的第一部分，所述第一部分適於接收模擬輸入信號以及在第一輸出電 極提供條件模擬輸出信號，所述讀出電路還包括連接到所述第一部分並且適 於接收所述條件模擬輸出信號以及在第二輸出電極提供數字輸出信號的第 二部分。
133. 如權利要求132所述的設備，其中所述讀出電路的第一部分適於提 供所述模擬輸入信號的增益和電平移動。
134. 如權利要求132所述的設備，其中所述讀出電路的第二部分包括閾 值比較儀電路，所述閾值比較儀電路適於在所述條件模擬輸出信號低於閾值 電平時提供第 一數字輸出信號，在所述條件才莫擬輸出信號高於所述閾值電平 時提供第二數字輸出信號。
135. 如權利要求132所述的設備，其中所述讀出電路的第一部分適於提 供所述才莫擬輸入信號的增益和電平移動，並且其中所述讀出電路的第二部分包括閾值比較儀電路，所述閾值比較儀電路適於在所述條件模擬輸出信號低 於閾值電平時提供第 一數字輸出信號，在所述條件模擬輸出信號高於所述閾 值電平時提供第二數字輸出信號，所述增益和閾值電平中至少其中之一可編 程。
136. 如權利要求132所述的設備，其中所述傳感器元件適於從遠離指標 特徵的距離探測所述工件上的所述指標特徵的至少一個邊緣。
137. 如權利要求132所述的設備，其中所述傳感器元件包括光導纖維感 應元件。
138. 如權利要求132所述的設備，其中當所述傳感器元件通過所述支架 組件在所述工件上移動時，所述傳感器元件適於探測所述指標特徵的至少一 個邊緣。
139. 如權利要求132所述的設備，還包括可操作地連接到所述位置傳感 器的控制器，所述控制器適於從所述位置傳感器接收指示沿所述位置傳感器 移動的第一路徑已經探測到所述指標特徵第一邊緣的第一邊緣探測信號，適 於從所述位置傳感器接收指示沿所述第 一路徑已經探測到所述指標特徵第 二邊緣的第二邊緣探測信號，以及適於基於所述第一和第二邊緣探測信號計 算中點位置。 .
140. 如權利要求139所述的設備，其中所述控制器進一步適於從所述位 置傳感器接收分別指示沿所述位置傳感器移動的第二路徑已經探測到所述 指標特徵第三和第四邊緣的第三和第四邊緣探測信號，並且還適於基於所述 第一、第二、第三和第四邊緣探測信號計算所述指標特徵的估計中心。
141. 如權利要求132所述的設備，還包括安裝在所述支架組件上並且可 操作地連接到所述位置傳感器的控制器。
142. 如權利要求141所述的設備，其中所述支架組件包括可被操作沿所 述軌道組件平移所述支架組件的驅動組件，所述驅動組件可操作地連接到所 述控制器。
143. 如權利要求142所述的設備，其中所述驅動組件被進一步操作以沿 橫斷所述軌道組件的方向平移所述位置傳感器。
144. 如權利要求132所述的設備，還包括連接到所述支架組件並可操作 地連接到所述控制器的工具組件，所述工具組件可嚙合所述工件以在所述工 件上執行製造過程。
145. —種用於在工件上執行製造過程的設備，所述設備包括 適於附著到所述工件的軌道組件；可移動地連接到所述軌道組件並包括可被操作以沿所述軌道組件平移 所述支架組件的驅動組件的支架組件；以及安裝在所述支架組件上並可操作地連接到所述驅動組件的控制器，所述 控制器適於將控制信號傳送到所述驅動組件以控制所述支架組件在所述工 件上的移動。
146. 如權利要求145所述的設備，其中所述控制器包括可編程CNC系 統，所述CNC系統可被操作以將控制信號自動傳送到所述驅動組件從而自 動控制所述支架組件在所述工件上的運動。
147. 如權利要求145所述的設備，還包括連接到所述支架組件並且可操 作地連接到所述控制器的位置傳感器，所述位置傳感器包括適於可操作地相 對於所述工件定位的傳感器元件，以及具有連接到所述感應元件的第一部分 的讀出電路，所述第一部分適於接收模擬輸入信號以及在第一輸出電極提供 條件模擬輸出信號，所述讀出電路還包括連接到所述第一部分並且適於接收所述條件模擬輸出信號以及在第二輸出電極提供數字輸出信號的第二部分。
148. 如權利要求147所述的設備，其中所述讀出電路的第一部分適於提 供所述模擬輸入信號的增益和電平移動。
149. 如權利要求147所述的設備，其中所述讀出電路的第二部分包括閾 值比較儀電路，所述閾值比較儀電路適於在所述條件模擬輸出信號低於閾值 電平時提供第 一數字輸出信號，在所述條件模擬輸出信號高於所述閾值電平 時提供第二數字輸出信號。
150. 如權利要求147所述的設備，其中所述讀出電路的第一部分適於提 供所述模擬輸入信號的增益和電平移動，並且其中所述讀出電路的第二部分 包括閾值比較儀電路，所述閾值比較儀電路適於在所述條件模擬輸出信號低 於閾值電平時提供第 一數字輸出信號，在所述條件模擬輸出信號高於所述閾 值電平時提供第二數字輸出信號，所述增益和閾值電平中至少其中之一可編 程。
151. 如權利要求147所述的設備，還包括連接到所述支架組件並且可操 作地連接到所述控制器的位置傳感器，所述位置傳感器包括傳感器元件，所 述傳感器元件適於從遠離指標特徵的距離探測所述工件上的所述指標特徵 的至少一個邊糹彖。
152. 如權利要求151所述的設備，其中所述控制器適於從所述位置傳感 器接收指示沿所述位置傳感器移動的第 一路徑已經探測到所述指標特徵第 一邊緣的第一邊緣探測信號，適於從所述位置傳感器接收指示沿所述第一路 徑已經探測到所述指標特徵第二邊緣的第二邊緣探測信號，以及適於基於所 述第一和第二邊緣探測信號計算中點位置。
153. 如權利要求152所述的設備，其中所述控制器進一步適於從所述位 置傳感器接收分別指示沿所述位置傳感器移動的第二路徑已經探測到所述 指標特徵第三和第四邊緣的第三和第四邊緣探測信號，並且還適於基於所述 第一、第二、第三和第四邊緣探測信號計算所述指標特徵的估計中心。
154. 如權利要求147所述的設備，還包括連接到所述支架組件並且可操 作地連接到所述控制器的工具組件，所述工具組件可嚙合所述工件以在所述 工件上執行製造過程。
155. 如權利要求154所述的設備，其中所述支架組件是第一支架組件， 所述控制器是第一控制器，所述設備還包括可移動地連接到所述軌道組件並且包括第二驅動組件的第二支架組件， 所述第二驅動組件可被操作以沿所述軌道組件平移所述第二支架組件；安裝在所述第二支架組件上並且可操作地連接到所述第二驅動組件的 第二控制器，所述第二控制器適於將控制信號傳送到所述第二驅動組件以控 制所述第二支架組件在所述工件上的運動；以及連接到所述支架組件並且可操作地連接到所述第二控制器的位置傳感 器，所述位置傳感器包括傳感器元件，所述傳感器元件適於從遠離指標特徵 的距離探測所述工件上的所述指標特徵的至少 一個邊緣。
156. 如權利要求155所述的設備，還包括可操作地連接到所述第一和第 二控制器並適於將控制信號傳送到所述第一和第二控制器以及適於從所述 第 一及第二控制器接收反饋信號的主控制器。
157. —種用於在工件上執行製造過程的方法，所述方法包括 支撐臨近所述工件表面的製造組件，所述製造組件包括可操作地相對於所述工件定位並且與所述工件隔開的感應元件，所述感應元件可相對於所述 工件表面移動；在所述工件上沿第一路徑移動所述感應元件；以及 從遠離指標特徵的距離探測所述工件上所述指標特徵的至少一個邊緣。
158. 如權利要求157所述的方法，其中從遠離指標特徵的距離探測所述 工件上所述指標特徵的至少一個邊緣包括探測從所述指標特徵反射的反射 電磁信號。
159. 如權利要求157所述的方法，其中從遠離指標特徵的距離探測所述 工件上所述指標特徵的至少一個邊緣與沿穿越所述工件指標特徵的第一路 徑移動所述感應元件同時發生。
160. 如權利要求157所述的方法，其中探測指標特徵的至少一個邊緣包 括沿所述第一路徑探測所述指標特徵的第一和第二邊緣，所述方法還包括基 於所述第一和第二邊緣計算中點位置。
161. 如權利要求160所述的方法，還包括沿所述位置傳感器移動的第二 路徑探測所述指標特徵的第三和第四邊緣，並且基於所述第一、第二、第三 和第四邊緣計算所述指標特徵的估計中心。
162. 如權利要求157所述的方法，其中支撐臨近所述工件表面的製造組 件包括支撐具有可操作地連接到所述感應元件的控制器的製造組件，並且其 中沿第一路徑移動所述感應元件包括傳送至少一個來自所述控制器的控制 信號。
163. 如權利要求157所述的方法，其中支撐臨近所述工件表面的製造組 件包括支撐某種製造組件，其中所述製造組件具有可被操作以相對於所述工 件移動所述感應元件的驅動組件，並且還具有安裝在所述支架組件上並且可 操作地連接到所述驅動組件的控制器。
164. 如權利要求157所述的方法，還包括提供指示所述指標特徵的至少 一個邊緣位置的至少一個輸出信號。
165. 如權利要求157所述的方法，其中提供至少一個輸出信號包括提供 模擬輸出信號。
166. 如權利要求157所述的方法，其中提供模擬輸出信號包括施加模擬 輸入信號的增益和電平移動以提供條件模擬輸出信號。
167. 如權利要求166所述的方法，其中提供至少一個輸出信號還包括提 供數字輸出信號。
168. 如權利要求167所述的方法，其中提供數位訊號包括當所述條件模 擬輸出信號低於閾值電平時提供第一數字輸出信號，當所述條件模擬輸出信 號高於所述閾值電平時提供第二數字輸出信號。
169. 如權利要求157所述的方法，其中支撐臨近所述工件表面的製造組述工具組件可操作地嚙合所述工件。
170. —種在工件上執行製造過程的方法，所述方法包括 支撐臨近所述工件表面的製造組件，所述製造組件包括可操作地相對於所述工件定位並且與所述工件隔開的感應元件，所述感應元件可相對於所述 工件表面移動；在所述工件上沿第一路徑移動所述感應元件；探測所述工件上指標特徵的至少一個邊緣；提供指示所述指標特徵的至少 一個邊緣位置的條件模擬輸出信號；以及 提供指示所述指標特徵的至少 一個邊緣位置的數字輸出信號。
171. 如權利要求170所述的方法，其中提供模擬輸出信號包括施加模擬 輸入信號的增益和電平移動以提供條件模擬輸出信號。
172. 如權利要求170所述的方法，其中提供數位訊號包括當所述條件模 擬輸出信號低於閾值電平時提供第 一數字輸出信號，當所述條件模擬輸出信 號高於所述閾值電平時提供第二數字輸出信號。
173. 如權利要求170所述的方法，其中提供探測所述工件上指標特徵的 至少一個邊緣包括從遠離所述指標特徵的距離探測所述工件上所述指標特 徵的至少一個邊緣。
174. 如權利要求173所述的方法，其中從遠離指標特徵的距離探測所述 工件上所述指標特徵的至少一個邊緣與沿所述第一路徑移動所述感應元件 同時發生。
175. 如權利要求173所述的方法，其中從遠離指標特徵的距離探測所述 工件上所述指標特徵的至少一個邊緣包括探測從所述指標特徵反射的反射 電磁信號。
176. 如權利要求170所述的方法，其中探測指標特徵的至少一個邊緣包 括沿所述第一路徑探測所述指標特徵的第一和第二邊緣，所述方法還包括基 於所述第一和第二邊緣計算中點位置。
177. 如權利要求176所述的方法，還包括沿所述位置傳感器移動的第二 路徑探測所述指標特徵的第三和第四邊緣，並且基於所述第一、第二、第三 和第四邊緣計算所述指標特徵的估計中心。
178. 如權利要求170所述的方法，其中支撐臨近所述工件表面的製造組件包括支撐具有可操作地連接到所述感應元件的控制器的製造組件，並且其 中沿第 一路徑移動所述感應元件包括傳送至少 一 個來自所述控制器的控制信號。
179. 如權利要求170所述的方法，其中支撐臨近所述工件表面的製造組 件包括支撐某種製造組件，其中所述製造組件具有可被操作以相對於所述工 件移動所述感應元件的驅動組件，並且還具有安裝在所述支架組件上並且可 操作地連接到所述驅動組件的控制器。
180. 如權利要求170所述的方法，其中支撐臨近所述工件表面的製造組 件包括支撐具有嚙合所述工件的工具組件的製造組件，所述方法還包括將所 述工具組件可操作地嚙合所述工件。
181. —種在工件上執行製造過程的方法，所述方法包括 支撐臨近所述工件表面的製造組件，所述製造組件包括附著到所述工件的軌道組件和可移動地連接到所述軌道組件的支架組件，所述支架組件具有 可被操作以沿所述軌道組件平移所述支架組件的驅動組件，所述製造組件還 包括安裝在所述支架組件上並且可操作地連接到所述驅動組件的控制器；以 及將控制信號從所述控制器提供到所述驅動組件，以沿所述軌道組件驅動 所述支架組件。
182. 如權利要求181所述的方法，其中支撐臨近所述工件表面的製造組 件包括支撐具有感應元件的製造組件，所述感應元件可操作地相對於所述工 件定位並且與所述工件隔開。
183. 如權利要求181所述的方法，其中所述驅動組件還適於相對於所述 支架組件移動所述傳感器元件。
184. 如權利要求181所述的方法，其中還包括將第二控制信號從所述控 制器提供到所述驅動組件以相對於所述支架組件移動所述傳感器元件。
185. 如權利要求181所述的方法，還包括探測所述工件上的指標特徵的 至少一個邊緣。
186. 如權利要求185所述的方法，其中探測所述工件上的指標特徵的至 少一個邊緣包括從遠離指標特徵的距離探測所述工件上所述指標特徵的至少一個邊緣。
187. 如權利要求185所述的方法，其中探測所述工件上的指標特徵的至 少一個邊緣包括沿第一路徑移動所述感應元件。
188. 如權利要求181所述的方法，探測所述工件上的指標特徵的至少一 個邊緣包括探測從所述指標特徵反射的反射電磁信號。
189. 如權利要求181所述的方法，探測指標特徵的至少一個邊緣包括沿 第一路徑4笨測所述指標特徵的第一和第二邊緣，所述方法還包括基於所述第 一和第二邊緣計算中點位置。
190.如權利要求189所述的方法，還包括沿第二路徑探測所述指標特徵 的第三和第四邊緣，並且基於所述第一、第二、第三和第四邊緣計算所述指 標特徵的估計中心。
191. 如權利要求181所述的方法，其中探測指標特徵的至少一個邊緣包括..在所述工件上沿第一路徑移動所述感應元件； 探測所述工件上指標特徵的至少一個邊緣；提供指示所述指標特徵的至少一個邊緣位置的條件模擬輸出信號；以及 提供指示所述指標特徵的至少一個邊緣位置的數字輸出信號。
192. 如權利要求191所述的方法，其中提供模擬輸出信號包括施加模擬 輸入信號的增益和電平移動以提供條件模擬輸出信號。
193. 如權利要求192所述的方法，其中提供數位訊號包括當所述條件模 擬輸出信號低於閾值電平時提供第一數字輸出信號，當所述條件模擬輸出信號高於所述閾值電平時提供第二數字輸出信號。
194. 如權利要求181所述的方法，其中支撐臨近所述工件表面的製造組件包括支撐具有嚙合所述工件的工具組件的製造組件，所述方法還包括將所 述工具組件可操作地嚙合所述工件。
195. —種用於在工件上執行製造過程的設備，所述設備包括 基座部件；以 一定間距與所述基座部件隔開的驅動平臺；在所述驅動平臺和所述基座部件之間延伸的多個導引部件，所述驅動平 臺和所述基座部件的至少其中之一可沿所述導引部件移動以增加或減小所 述間距； 可操作地連接在所述驅動平臺和所述基座部件之間的至少一個驅動部件；以及可操作地連接到所述驅動部件的伺服馬達，這樣當所述祠服馬達驅動所述驅動部件時，所述間距#:改變。
196. 如權利要求195所述的設備，還包括連接到所述驅動平臺的工具組件。
197. 如權利要求196所述的設備，其中所述驅動平臺包括第一環形部 分，並且所述基座部件包括第二環形部分，所述第一和第二環形部分沿一條 軸對齊，所述多個導引部件和所述至少一個驅動部件圍繞所述第一和第二環 形部分同中心地隔開，並且其中所述工具組件沿所述軸穿過所述第一和第二 環形部分延伸。
198. 如權利要求197所述的設備，其中所述工具組件包括沿所述軸延伸並且可旋轉地連接到所述驅動平臺和所述基座部件至少其中之一的馬達軸；圍繞所述馬達軸的至少一部分布置的電樞繞組；以及 連接到所述驅動平臺和所述基座部件至少其中之一併且臨近所述電樞繞組定位的現場組件。
199. 如權利要求198所述的設備，其中所述現場組件包括至少一個稀土 磁鐵。
200. 如權利要求198所述的設備，還包括 可操作地連接到所述伺服馬達的控制器；以及 可操作地連接到所述馬達軸和所述控制器的速度傳感器，所述控制器適於接收來自所述速度傳感器的反饋信號並且適於將控制信號傳送到所述伺 服馬達。
201. 如權利要求198所述的設備，其中所述馬達軸包括連接在其第一端 的潤滑油槽和穿過其內部縱向延伸的潤滑油通道。
202. 如權利要求195所述的設備，其中所述驅動平臺具有穿過其布置的 第一孔，所述基座部件具有穿過其布置的第二孔，所述第一和第二孔沿一條 軸對齊，所述多個導引部件和所述至少一個驅動部件圍繞所述第一和第二孔 分布，所述孔還包括工具組件，其中所述工具組件包括沿所述軸延伸並且可旋轉地連接到所述驅動平臺的馬達軸； 圍繞所述馬達軸的至少一部分布置的電樞繞組；以及連接到所述驅動平臺和所述基座部件至少其中之一併且臨近所述電樞 繞組定位的現場組件。
203. 如權利要求202所述的設備，其中所述馬達軸包括適於固定鑽機部 件的鑽機夾。
204. 如權利要求202所述的設備，還包括 可操作地連接到所述伺服馬達的控制器；以及可操作地連接到所述馬達軸和所述控制器的速度傳感器，所述控制器適 於接收來自所述速度傳感器的反饋信號並且適於將控制信號傳送到所述伺 服馬達。
205. 如權利要求202所述的設備，其中所述馬達軸包括連接在其第一端 的潤滑油槽和穿過其內部縱向延伸的潤滑油通道。
206. 如權利要求195所述的設備，其中所述至少一個驅動部件包括滾 珠螺杆。
207. —種用於在工件上執行製造過程的設備，所述設備包括 適於附著到所述工件的軌道組件；可移動地連接到所述軌道組件並且可相對於所述工件移動的支架組件；以及連接到所述支架組件並且適於連接到工具組件並適於可控制地嚙合所 述工具組件和所述工件的工具進給單元，所述工具進給單元包括 基座部件；以 一 定間距與所述基座部件隔開的驅動平臺；在所述驅動平臺和所述基座部件之間延伸的多個導引部件，所述驅動平 臺和所述基座部件的至少其中之一可沿所述導引部件移動以增加或減小所 述間距；可操作地連接在所述驅動平臺和所述基座部件之間的至少一個驅動部 件；以及可操作地連接到所述驅動部件的伺服馬達，這樣當所述伺服馬達驅動所 述驅動部件時，所述間距#:改變。
208. 如權利要求207所述的設備，還包括連接到所述工具進給單元並適 於嚙合所述工件的工具組件。
209. 如權利要求208所述的設備，其中所述工具組件包括 沿所述軸延伸並且可旋轉地連接到所述驅動平臺的馬達軸； 圍繞所述馬達軸的至少一部分布置的電樞繞組；以及 連接到所述驅動平臺和所述基座部件至少其中之一併且臨近所述電樞繞組定位的現場組件。
210. 如權利要求209所述的設備，還包括 可操作地連接到所述伺服馬達的控制器；以及可操作地連接到所述馬達軸和所述控制器的速度傳感器，所述控制器適 於接收來自所述速度傳感器的反饋信號並且適於將控制信號傳送到所述伺 服馬達。
211. 如權利要求208所述的設備，其中所述驅動平臺具有穿過其布置的 第一孔，所述基座部件具有穿過其布置的第二孔，所述第一和第二孔沿一條 軸對齊，所述多個導引部件和所述至少一個驅動部件圍繞所述第一和第二孔 分布，所述孔還包括工具組件，其中所述工具組件包括沿所述軸延伸並且可旋轉地連接到所述驅動平臺的馬達軸； 圍繞所述馬達軸的至少一部分布置的電樞繞組；以及 連接到所述驅動平臺和所述基座部件至少其中之一併且臨近所述電樞 繞組定位的現場組件。
212. 如權利要求211所述的設備，還包括 可操作地連接到所述伺服馬達的控制器；以及可操作地連接到所述馬達軸和所述控制器的速度傳感器，所述控制器適 於接收來自所述速度傳感器的反饋信號並且適於將控制信號傳送到所述伺 服馬達。
213. 如權利要求207所述的設備，還包括安裝在所述支架組件上並且可 操作地連接到所述工具進給單元的所述伺服馬達的控制器。
214. 如權利要求213所述的設備，其中所述支架組件包括可被操作以沿所述軌道組件平移所述支架組件的驅動組件，所述驅動組件可操作地連接到 所述控制器。
215.如權利要求213所述的設備，其中所述軌道組件包括 第一和第二細長的柔性導軌，所述導軌彼此隔開且大致平行；以及 連接到各導軌並且沿其以 一定間隔隔開以通過真空可釋放地將各導軌 連接到所述工件表面的多個真空連接裝置，所述導軌的寬度基本上平行於所 述工件表面延伸，所述導軌根據需要彎曲和扭曲以基本上跟隨所述工件表 面。
216. 如權利要求215所述的設備，其中各導軌繞第一彎曲軸的彎曲相對 難，繞正交於所述第一彎曲軸的第二彎曲軸的彎曲相對容易，並且其中各導 軌如此安置在所述工件上，使得所述第一彎曲軸基本正交於所述工件表面， 並且所述第二彎曲軸基本平行於所述工件表面。
217. —種在工件上執行製造過程的方法，所述方法包括 提供工具進給單元，所述工具進給單元具有通過多個導引部件可移動地連接到驅動平臺的基座部件，所述驅動平臺和所述基座部件的至少其中之一 可沿所述導《I部件移動以增加或減少其間的間距，所述工具進給單元包括可 操作地連接在所述驅動平臺和所述基座部件之間的至少一個驅動部件，和可 操作地連接到所述至少一個驅動部件的伺服馬達；可操作地將製造工具連接到所述工具進給單元；以及 使用所述伺服馬達可控制地旋轉所述至少一個驅動部件以改變所述驅
218. 如權利要求217所述的方法，還包括可移動地支撐臨近所述工件表 面的所述進給單元。
219. 如權利要求218所述的方法，其中可移動地支撐臨近所述工件表面 的所述進給單元包括將軌道組件連接到所述工件表面； 將支架組件可移動地連接到所述軌道組件；以及 將所述工具進給單元連接到所述支架組件。
220. 如權利要求219所述的方法，其中將軌道組件連接到所述工件表面 包括施加真空以將所述軌道組件附著到所述工件表面。
全文摘要
公開了用於製造過程的方法和設備。在一個實施例中，用於相對於工件表面支撐工具的設備包括適於附著到工件的基座，連接到基座的工具架，以及連接到基座和工具架二者的偏置裝置。工具架可沿平移軸相對於基座移動，偏置裝置可沿至少部分沿平移軸的偏置軸偏置。偏置裝置適於至少部分地平衡沿平移軸作用在工具架上的力(例如，重力)。
文檔編號B23Q9/00GK101132873SQ200480024267
公開日2008年2月27日 申請日期2004年6月24日 優先權日2003年6月25日
發明者保羅·R·阿恩特森, 小詹姆斯·M·巴特裡克, 羅傑·A·蓋奇, 羅納德·W·奧圖斯, 萊爾·華萊士, 西奧多·M·博伊爾-戴維斯, 達雷爾·D·瓊斯 申請人:波音公司