確定應(yīng)用到殼組件的輪廓組件的位置的測(cè)量方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于確定放置在飛行器的殼組件（1）上的歐米伽輪廓組件（2）的位置的測(cè)量方法，其中，以非接觸的方式光學(xué)地獲得歐米伽輪廓組件（2）相對(duì)于殼組件（1）的實(shí)際位置，從而隨后將實(shí)際位置與定義的期望位置進(jìn)行比較，其中，在歐米伽輪廓組件（2）的輪廓橫截面的兩個(gè)相對(duì)側(cè)邊（7a，7b；7a’，7b’）處，建立若干相鄰間隔開(kāi)的測(cè)量點(diǎn)（6，6’），通過(guò)測(cè)量點(diǎn)（6，6’）基于坐標(biāo)根據(jù)路徑測(cè)量原理延展回歸線（8a，8b；8a’，8b’），使用回歸線（8a，8b；8a’，8b’）的交叉點(diǎn)（9；9’）來(lái)確定歐米伽輪廓組件（2）相對(duì)于殼組件（1）的正交位置。
【專利說(shuō)明】確定應(yīng)用到殼組件的輪廓組件的位置的測(cè)量方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于確定放置在殼組件上的歐米伽(omega)輪廓組件的位置的測(cè)量方法，其中以非接觸的方式光學(xué)地獲得歐米伽輪廓組件相對(duì)于殼組件的實(shí)際(ACTUAL)位置，從而隨后將實(shí)際位置與定義的期望(DESIRED)位置進(jìn)行比較。此外，本發(fā)明還涉及用于實(shí)施這種測(cè)量方法的測(cè)量裝置，以及涉及一種用于測(cè)量裝置的與此有關(guān)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品O
[0002]本發(fā)明的應(yīng)用領(lǐng)域主要延伸到飛行器構(gòu)造。尤其對(duì)于大容量機(jī)身，使用殼式構(gòu)造制造商用飛行器，其中內(nèi)部加強(qiáng)結(jié)構(gòu)支撐殼組件，作為外殼的殼組件包括機(jī)身的外表面。內(nèi)部加強(qiáng)結(jié)構(gòu)通常包括縱向運(yùn)行的長(zhǎng)桁(stringer)和大致與其成環(huán)狀地橫向運(yùn)行的機(jī)框(frame)，該長(zhǎng)桁和機(jī)框在內(nèi)部結(jié)合到殼組件。在現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)中，在殼組件的制造期間，至少長(zhǎng)桁最經(jīng)常粘接到殼組件，從而不需要使用諸如鉚釘?shù)膯为?dú)連接裝置。除T型長(zhǎng)桁之外，所謂的歐米伽長(zhǎng)桁被用于這個(gè)目的，這里也稱為歐米伽輪廓組件。在本發(fā)明的框架內(nèi)，歐米伽輪廓組件被理解為輪廓組件的橫截面形狀，其呈現(xiàn)出打開(kāi)的輪廓橫截面，與殼組件一起產(chǎn)生閉合的輪廓。例如，這里輪廓橫截面是對(duì)稱的，呈現(xiàn)出遠(yuǎn)離殼組件延伸的兩個(gè)非平行的相對(duì)側(cè)邊。
[0003]通過(guò)與T型長(zhǎng)桁相比較，這樣的輪廓橫截面具有更大的面積慣性矩，從而尤其賦予飛行器結(jié)構(gòu)高穩(wěn)定性。在特定實(shí)施方式中，歐米伽輪廓組件涉及由具有大致帽形的對(duì)稱橫截面的金屬或塑料制造的加強(qiáng)輪廓。除飛行器構(gòu)造之外，這些組件也可以結(jié)合來(lái)自汽車工程、船舶工程等的其他大規(guī)模殼組件被使用。根據(jù)本發(fā)明的解決方案也可以被應(yīng)用于汽車工程、船舶工程等。
【背景技術(shù)】
[0004]從DE103 31 358A1已知一種用于制造飛行器機(jī)身的結(jié)構(gòu)組件的方法，其中，在特殊的制造過(guò)程中，長(zhǎng)桁被粘接到殼組件。這里，具有嵌入在環(huán)形通道中的模塊輪廓的模架的外表面被松散覆蓋膜覆蓋。由間隙形成的空腔暴露在真空中，從而在模塊輪廓的環(huán)形通道和縫隙上吸出膜。在達(dá)到充分真空之后，膜棍與真空皮棍(vacuum skin roller) f禹接，以這樣的方式，膜被纏繞，而真空皮從模塊輪廓的外表面解開(kāi)纏繞，并在尺寸上準(zhǔn)確地被引入到凹陷的輪廓槽中。隨后，具有支撐元件的長(zhǎng)桁被插入到由真空皮覆蓋的輪廓槽。然后，所有纖維復(fù)合皮層被放置在模塊輪廓和長(zhǎng)桁的真空皮覆蓋的外表面上。最后，最佳數(shù)量的密封接合物被應(yīng)用到外皮層。結(jié)構(gòu)殼精確地適應(yīng)密封接合物，從而壓緊密封接合物，以在真空皮和結(jié)構(gòu)殼之間產(chǎn)生真空密封。在達(dá)到規(guī)定的制程真空(process vacuum)之后,真空皮和結(jié)構(gòu)殼之間的腔，真空也被關(guān)閉，空腔朝空氣打開(kāi)。因此，結(jié)構(gòu)殼可以被提升和旋轉(zhuǎn)180°，以使后者經(jīng)受注入和固化過(guò)程(curing process).隨后，由殼組件組成的加工完的結(jié)構(gòu)殼可以從具有長(zhǎng)桁的模具移除。
[0005]在固化之前和/或制造這樣的結(jié)構(gòu)組件之后，必須測(cè)量長(zhǎng)桁相對(duì)于殼組件的位置，以針對(duì)尺寸的準(zhǔn)確性運(yùn)行質(zhì)量控制。這已借助光度測(cè)定程序以復(fù)雜手動(dòng)測(cè)量的方式事先完成，其中首先必須將標(biāo)記提供到長(zhǎng)桁面和殼組件，隨后由圖片相機(jī)獲得標(biāo)記，并通過(guò)圖像處理估計(jì)標(biāo)記。
[0006]然而，本發(fā)明也可以獨(dú)立于上述所謂的真空裝置過(guò)程來(lái)使用?；镜膽?yīng)用涉及具有歐米伽輪廓組件的殼組件，與其制造中使用的方法無(wú)關(guān)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]因此，本發(fā)明的目的是產(chǎn)生一種測(cè)量方法和測(cè)量裝置，其用于確定放置在殼組件上的特殊歐米伽輪廓組件的位置，允許快速和精確的非接觸測(cè)量值的獲得。
[0008]基于如權(quán)利要求1的前序部分所述的測(cè)量方法結(jié)合其特征部分，實(shí)現(xiàn)了上述目的。下面的從屬權(quán)利要求描述本發(fā)明的有利的進(jìn)一步發(fā)展。
[0009]本發(fā)明包含如下程序指令:即在歐米伽輪廓組件的輪廓橫截面的兩個(gè)相對(duì)側(cè)邊處使用若干相鄰間隔開(kāi)的-即若干單獨(dú)設(shè)置的-測(cè)量點(diǎn)，從而產(chǎn)生回歸線，使用回歸線的交叉點(diǎn)來(lái)確定歐米伽輪廓組件相對(duì)于殼組件的位置。換句話說(shuō)，針對(duì)圖像處理不使用先前應(yīng)用的粘性(adhesive)測(cè)量點(diǎn)；測(cè)量點(diǎn)改為從特征輪廓形狀、具體地從相對(duì)側(cè)邊獲得。自然地，用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量方法的側(cè)邊不能彼此平行，否則在連接線之間沒(méi)有交叉點(diǎn)。此夕卜，空間坐標(biāo)例如z坐標(biāo)應(yīng)該被規(guī)定或被設(shè)為恒量，從而產(chǎn)生二維截面，并且回歸線在各個(gè)二維截面中相交。一般在二維截面中確保正交性。在歐米伽輪廓組件的側(cè)邊上獲得的交叉點(diǎn)表示各個(gè)二維截面中歐米伽輪廓組件相對(duì)于殼組件的位置，因此是相關(guān)的。例如，其相對(duì)于殼組件的位置被確定的長(zhǎng)桁或其他組件可以被指定為歐米伽輪廓組件。
[0010]這優(yōu)選地通過(guò)在殼組件的方向上繪制通過(guò)交叉點(diǎn)的平分線來(lái)完成，從而在輪廓橫截面中的殼組件上標(biāo)記實(shí)際位置點(diǎn)，該實(shí)際位置點(diǎn)與歐米伽輪廓組件的實(shí)際位置相對(duì)應(yīng)。
[0011]該實(shí)際位置點(diǎn)借助CAD模型優(yōu)選地與對(duì)應(yīng)于歐米伽輪廓組件的期望位置的期望位置點(diǎn)進(jìn)行比較，以確定輪廓橫截面處的位置偏離。因而，制造過(guò)程之后進(jìn)行的質(zhì)量控制涉及位置點(diǎn)之間的實(shí)際/期望比較。借助于在基于其的歐米伽輪廓組件上建立理想的期望測(cè)量點(diǎn)，在此可以從要制造的組件的CAD模型得到用于比較目的的期望位置點(diǎn)。換句話說(shuō)，CAD模型被用于設(shè)置期望測(cè)量點(diǎn)，通過(guò)期望測(cè)量點(diǎn)繪制連接線從而確定共享的交叉點(diǎn)，其平分線然后限定殼組件上的期望位置點(diǎn)。
[0012]為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的解決方案(優(yōu)選地可以基于數(shù)學(xué)計(jì)算和輪廓橫截面的非接觸的基于坐標(biāo)的測(cè)量點(diǎn)的獲得來(lái)實(shí)施且因此以軟件來(lái)實(shí)施該方案)，在測(cè)量期間，殼組件不必直接可訪問(wèn)，也不必被踏接或觸摸。在根據(jù)本發(fā)明的解決方案中，歐米伽輪廓組件的各個(gè)位置處的測(cè)量點(diǎn)只位于垂直于輪廓的平面中，從而實(shí)現(xiàn)歐米伽輪廓組件的實(shí)際位置點(diǎn)的特別正確的估計(jì)和計(jì)算。歐米伽輪廓組件的非接觸的基于坐標(biāo)的位置的確定可以在沒(méi)有任何進(jìn)一步中斷的情況下被結(jié)合到生產(chǎn)程序，且能夠以高度準(zhǔn)確性再現(xiàn)。這能夠正確地相互比較各種類似的結(jié)構(gòu)組件。歐米伽輪廓組件的位置總是被確定在相同的地點(diǎn)處，該地點(diǎn)正好位于沿歐米伽輪廓組件的軸的垂直平面中。
[0013]根據(jù)對(duì)本發(fā)明加以改進(jìn)的一個(gè)測(cè)量，可以測(cè)量歐米伽輪廓組件的前進(jìn)(progression)，即中心線，歐米伽輪廓組件沿殼組件沿中心線運(yùn)行。出于這個(gè)目的，沿歐米伽輪廓組件確定的若干實(shí)際位置點(diǎn)形成實(shí)際中心線，該實(shí)際中心線與期望中心線進(jìn)行比較，以測(cè)定歐米伽輪廓組件前進(jìn)中的位置偏離，即以與上述確定輪廓橫截面處的位置偏離相似的方式。
[0014]用于確定實(shí)際中心線的校準(zhǔn)的實(shí)際位置點(diǎn)優(yōu)選地應(yīng)該彼此相隔開(kāi)0.2和1.2米之間的距離，從而以計(jì)量正確的方式相對(duì)于歐米伽輪廓組件的前進(jìn)校準(zhǔn)10到30米長(zhǎng)的歐米伽輪廓組件。
[0015]對(duì)本發(fā)明加以改進(jìn)的另一測(cè)量提出:借助最佳擬合方法，在彼此相鄰布置的測(cè)量點(diǎn)之間建立回歸線，其中利用該回歸線來(lái)獲得交叉點(diǎn)。一般而言，基于最佳擬合方法，3個(gè)到7個(gè)測(cè)量點(diǎn)足夠用于確定各個(gè)回歸線的平均行程。在最佳擬合方法中，以這樣的方式建立線的行程，以產(chǎn)生線的前進(jìn)和各個(gè)測(cè)量點(diǎn)之間的最小可能距離，實(shí)際上各個(gè)測(cè)量點(diǎn)不能精確地位于線上。
[0016]在設(shè)備方面，上述測(cè)量方法可以用測(cè)量單元來(lái)實(shí)施，例如基于調(diào)頻(FM)原理工作的非接觸測(cè)量單元。這個(gè)測(cè)量單元在其下游放置有用于進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的程序步驟的電子估計(jì)單元。存儲(chǔ)的期望位置點(diǎn)首先被用于在歐米伽輪廓的輪廓橫截面的側(cè)邊上建立實(shí)際位置點(diǎn)。這可以用激光雷達(dá)來(lái)完成，優(yōu)選地以“表面矢量相交”(surface vectorintersection, SVI)的測(cè)量模式。在該特殊的測(cè)量模式中，激光雷達(dá)單元在期望測(cè)量點(diǎn)中沿法向矢量掃描，直到激光束擊中歐米伽輪廓組件的材料，然后進(jìn)行測(cè)量。除了其他之外，這確保所有的實(shí)際測(cè)量點(diǎn)正好位于一個(gè)平面中，具體地在截面中。激光雷達(dá)單元可以是商業(yè)上可用的，非觸摸操作的移動(dòng)坐標(biāo)測(cè)量?jī)x。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]下面，基于附圖結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選示例性實(shí)施方式的描述來(lái)更加詳細(xì)地解釋本發(fā)明。在附圖中:
[0018]圖1是具有放置在殼組件上的測(cè)量裝置的歐米伽輪廓組件的示意性透視圖，
[0019]圖2是用于確定期望位置點(diǎn)的、放置在輪廓橫截面中的殼組件上的歐米伽輪廓組件的示意性頂視圖，
[0020]圖3是用于確定實(shí)際位置點(diǎn)的、放置在輪廓橫截面中的殼組件上的歐米伽輪廓組件的示意性頂視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]根據(jù)圖1，這里部分描述的飛行器的殼組件I上放置有歐米伽輪廓組件2，例如長(zhǎng)桁或縱梁組件，其具有特征性的帽形的橫截面輪廓，其相對(duì)于諸如飛行器外殼的殼組件I的位置被測(cè)量。用于此目的的是被配置為激光雷達(dá)單元的測(cè)量單元3，其從正面獲得歐米伽輪廓組件2的輪廓橫截面。由測(cè)量單元3獲得的諸如三維坐標(biāo)的測(cè)量數(shù)據(jù)在下游的估計(jì)單元4中被估計(jì)，從而將殼組件I上的歐米伽輪廓組件2的實(shí)際位置與規(guī)定的期望位置進(jìn)行比較。
[0022]在沿歐米伽輪廓組件2的各個(gè)地點(diǎn)處的表明歐米伽輪廓組件的實(shí)際位置的在橫截面輪廓中的若干位置點(diǎn)描繪實(shí)際中心線11，實(shí)際中心線11例如可以與期望中心線進(jìn)行比較，以確定長(zhǎng)桁前進(jìn)中的位置偏離。
[0023]根據(jù)圖2，歐米伽輪廓組件2相對(duì)于殼組件I的期望位置源自于規(guī)定期望位置的CAD模型，其中，在CAD模型中確定清楚表示歐米伽輪廓組件2相對(duì)于殼組件I的正確位置的期望位置點(diǎn)5以用于比較目的。
[0024]為了得到期望位置點(diǎn)5，在歐米伽輪廓組件5的輪廓橫截面的兩個(gè)相對(duì)的非平行的側(cè)邊7a和7b上，首先建立彼此等距間隔開(kāi)的5個(gè)測(cè)量點(diǎn)6。在測(cè)量單元3的SVI測(cè)量模式中(沒(méi)有任何更加詳細(xì)地示出)，激光雷達(dá)在每個(gè)測(cè)量點(diǎn)6中沿法向矢量8掃描直到激光束擊中歐米伽輪廓組件2的材料，然后進(jìn)行測(cè)量。這確保所有的測(cè)量點(diǎn)6正好位于一個(gè)截面。
[0025]隨后，通過(guò)每個(gè)側(cè)邊7a和7b上的系列測(cè)量點(diǎn)6繪制回歸線8a和8b，其中，它的交叉點(diǎn)9被用于確定歐米伽輪廓組件2相對(duì)于殼組件I的位置，從而通過(guò)交叉點(diǎn)9在殼組件I的方向上建立平分線10。平分線10和殼組件I之間的交叉點(diǎn)表示期望位置點(diǎn)5。
[0026]基于歐米伽輪廓組件2相對(duì)于殼組件I的實(shí)際位置的真實(shí)情況，確定圖3上可見(jiàn)的實(shí)際位置點(diǎn)5’。在側(cè)面角和表面平滑度方面，相對(duì)側(cè)邊7a’和7b’偏離期望值。為了產(chǎn)生測(cè)量點(diǎn)6’之外的直線，從而不正好位于直線上，使用最佳擬合方法產(chǎn)生測(cè)量點(diǎn)6’的回歸線。因此，如夸張描繪的那樣，用于兩個(gè)回歸線8a’和Sb’的交叉點(diǎn)9’位于組件對(duì)稱性外面，且平分線10’在與殼組件I的交叉點(diǎn)中標(biāo)記被尋找的實(shí)際位置點(diǎn)5’。
[0027]此外，值得注意的是，“包含”不排除任何其他元素或步驟，“一個(gè)”(“a”)或“一個(gè)”(“an”)不排除多個(gè)。還值得注意的是，參照一個(gè)上述示例性實(shí)施方式描述的特征或步驟也可以結(jié)合其他上述示例性實(shí)施方式的其他特征或步驟被使用。權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記不應(yīng)當(dāng)被解釋為是限制性的。
[0028]附圖標(biāo)記列表
[0029]I殼組件
[0030]2歐米伽輪廓組件
[0031]3測(cè)量單元
[0032]4估計(jì)單元
[0033]5位置點(diǎn)
[0034]6測(cè)量點(diǎn)
[0035]7 側(cè)邊
[0036]8回歸線
[0037]9交叉點(diǎn)
[0038]10法向矢量
[0039]11中心線
【權(quán)利要求】
1.一種用于確定放置在殼組件(I)上的歐米伽輪廓組件(2)的位置的測(cè)量方法，其中，以非接觸的方式光學(xué)地獲得歐米伽輪廓組件(2)相對(duì)于殼組件(I)的實(shí)際位置，從而隨后將實(shí)際位置與定義的期望位置進(jìn)行比較，其特征在于，在歐米伽輪廓組件(2)的輪廓橫截面的兩個(gè)相對(duì)側(cè)邊(7a，7b ;7a’，7b’)處建立若干相鄰間隔開(kāi)的測(cè)量點(diǎn)(6 ;6’)，通過(guò)所述測(cè)量點(diǎn)(6 ;6’)基于路徑測(cè)量原理延展回歸線(8a，8b ;8a’，8b’)，使用所述回歸線(8a，8b ;8a’，8b’)的交叉點(diǎn)(9 ;9’)來(lái)確定歐米伽輪廓組件(2)相對(duì)于殼組件(I)的位置。
2.如權(quán)利要求1所述的測(cè)量方法，其特征在于，通過(guò)交叉點(diǎn)(9’)在殼組件(I)的方向上延展平分線(10’)，從而在輪廓橫截面中的殼組件(I)上標(biāo)記對(duì)應(yīng)于歐米伽輪廓組件的實(shí)際位置點(diǎn)的實(shí)際位置點(diǎn)(5’)。
3.如權(quán)利要求2所述的測(cè)量方法，其特征在于，實(shí)際位置點(diǎn)(5’)與對(duì)應(yīng)于歐米伽輪廓組件(2)的期望位置的期望位置點(diǎn)(5)進(jìn)行比較，從而確定在輪廓橫截面處的位置偏離。
4.如權(quán)利要求2所述的測(cè)量方法，其特征在于，沿歐米伽輪廓組件(2)確定的若干實(shí)際位置點(diǎn)(5’)形成實(shí)際中心線(11)，所述實(shí)際中心線(11)與期望中心線進(jìn)行比較，以決定歐米伽輪廓組件(2)的前進(jìn)中的位置偏離。
5.如權(quán)利要求4所述的測(cè)量方法，其特征在于，在10到30米長(zhǎng)的歐米伽輪廓組件(2)的情況下，用于確定實(shí)際中心線(11)的校準(zhǔn)的實(shí)際位置點(diǎn)(5’)以0.2和1.2米之間的距離彼此等距間隔開(kāi)。
6.如權(quán)利要求1所述的測(cè)量方法，其特征在于，借助最佳擬合方法在彼此相鄰布置的測(cè)量點(diǎn)(6’)之間建立回歸線(8a’，8b’)。
7.如權(quán)利要求1所述的測(cè)量方法，其特征在于，根據(jù)CAD模型的歐米伽輪廓組件上的期望測(cè)量點(diǎn)限定用于比較目的的期望位置點(diǎn)(5 )。
8.一種用于確定應(yīng)用到殼組件(I)的歐米伽輪廓組件(2)的位置的測(cè)量裝置，其中，測(cè)量單元(3)以非接觸的方式光學(xué)地獲得歐米伽輪廓組件(2)相對(duì)于殼組件(I)的實(shí)際位置，從而隨后將實(shí)際位置與存儲(chǔ)在估計(jì)單元(4)中的期望位置進(jìn)行比較， 其特征在于，在歐米伽輪廓組件(2)的輪廓橫截面的兩個(gè)相對(duì)側(cè)邊(7a，7b ;7a’，7b’)處，估計(jì)單元(4)建立若干相鄰間隔開(kāi)的測(cè)量點(diǎn)(6 ;6’)，從而以這種方式基于路徑測(cè)量原理延展回歸線(8a，8b ;8a’，8b’)，所述回歸線(8a，8b ;8a’，8b’)的交叉點(diǎn)(9 ;9’)用于確定歐米伽輪廓組件(2 )相對(duì)于殼組件(I)的位置。
9.如權(quán)利要求8所述的測(cè)量裝置，其特征在于，激光雷達(dá)單元被用作用于所述實(shí)際位置的光學(xué)非接觸測(cè)量的測(cè)量單元(3)，所述激光雷達(dá)單元在測(cè)量點(diǎn)(6)中基于法向矢量(10)進(jìn)行測(cè)量。
10.一種用于如權(quán)利要求8和9的任一項(xiàng)所述的測(cè)量裝置的計(jì)算機(jī)程序包，其可以基于如權(quán)利要求1到7的任一項(xiàng)所述的方法來(lái)工作，其中，通過(guò)存儲(chǔ)在軟件中的用于估計(jì)單元(4)的相應(yīng)控制命令，實(shí)施用于決定交叉點(diǎn)(9 ;9’)以確定歐米伽輪廓組件(2)的位置的處理例程。
【文檔編號(hào)】G01B11/00GK103782128SQ201280043653
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2012年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月9日
【發(fā)明者】蒂洛·朗納, 馬蒂亞斯·米根堡, 托本·雅各布, 亞德里恩·瓦亨多夫, 雷莫·欣茨 申請(qǐng)人:空中客車德國(guó)運(yùn)營(yíng)有限責(zé)任公司