確定應(yīng)用到殼組件的輪廓組件的位置的測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)相對側(cè)邊（7a，7b；7a’，7b’）處，建立若干相鄰間隔開的測量點(diǎn)（6，6’），通過測量點(diǎn)（6，6’）基于坐標(biāo)根據(jù)路徑測量原理延展回歸線（8a，8b；8a’，8b’），使用回歸線（8a，8b；8a’，8b’）的交叉點(diǎn)（9；9’）來確定歐米伽輪廓組件（2）相對于殼組件（1）的正交位置。
【專利說明】確定應(yīng)用到殼組件的輪廓組件的位置的測量方法和裝置
【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)施這種測量方法的測量裝置，以及涉及一種用于測量裝置的與此有關(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)行的長桁(stringer)和大致與其成環(huán)狀地橫向運(yùn)行的機(jī)框(frame)，該長桁和機(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型長桁之外，所謂的歐米伽長桁被用于這個(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稱的，呈現(xiàn)出遠(yuǎn)離殼組件延伸的兩個(gè)非平行的相對側(cè)邊。
[0003]通過與T型長桁相比較，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，在特殊的制造過程中，長桁被粘接到殼組件。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。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，必須測量長桁相對于殼組件的位置，以針對尺寸的準(zhǔn)確性運(yùn)行質(zhì)量控制。這已借助光度測定程序以復(fù)雜手動測量的方式事先完成，其中首先必須將標(biāo)記提供到長桁面和殼組件，隨后由圖片相機(jī)獲得標(biāo)記，并通過圖像處理估計(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程來使用?；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)生一種測量方法和測量裝置，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量值的獲得。
[0008]基于如權(quán)利要求1的前序部分所述的測量方法結(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)相對側(cè)邊處使用若干相鄰間隔開的-即若干單獨(dú)設(shè)置的-測量點(diǎn)，從而產(chǎn)生回歸線，使用回歸線的交叉點(diǎn)來確定歐米伽輪廓組件相對于殼組件的位置。換句話說，針對圖像處理不使用先前應(yīng)用的粘性(adhesive)測量點(diǎn)；測量點(diǎn)改為從特征輪廓形狀、具體地從相對側(cè)邊獲得。自然地，用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的測量方法的側(cè)邊不能彼此平行，否則在連接線之間沒有交叉點(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于殼組件的位置，因此是相關(guān)的。例如，其相對于殼組件的位置被確定的長桁或其他組件可以被指定為歐米伽輪廓組件。
[0010]這優(yōu)選地通過在殼組件的方向上繪制通過交叉點(diǎn)的平分線來完成，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)際位置相對應(yīng)。
[0011]該實(shí)際位置點(diǎn)借助CAD模型優(yōu)選地與對應(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，CAD模型被用于設(shè)置期望測量點(diǎn)，通過期望測量點(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)的測量點(diǎn)的獲得來實(shí)施且因此以軟件來實(shí)施該方案)，在測量期間，殼組件不必直接可訪問，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)對本發(fā)明加以改進(jìn)的一個(gè)測量，可以測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0.2和1.2米之間的距離，從而以計(jì)量正確的方式相對于歐米伽輪廓組件的前進(jìn)校準(zhǔn)10到30米長的歐米伽輪廓組件。
[0015]對本發(fā)明加以改進(jìn)的另一測量提出:借助最佳擬合方法，在彼此相鄰布置的測量點(diǎn)之間建立回歸線，其中利用該回歸線來獲得交叉點(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)測量點(diǎn)之間的最小可能距離，實(shí)際上各個(gè)測量點(diǎn)不能精確地位于線上。
[0016]在設(shè)備方面，上述測量方法可以用測量單元來實(shí)施，例如基于調(diào)頻(FM)原理工作的非接觸測量單元。這個(gè)測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)來完成，優(yōu)選地以“表面矢量相交”(surface vectorintersection, SVI)的測量模式。在該特殊的測量模式中，激光雷達(dá)單元在期望測量點(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)行測量。除了其他之外，這確保所有的實(shí)際測量點(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，非觸摸操作的移動坐標(biāo)測量儀。
【專利附圖】

【附圖說明】
[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，例如長桁或縱梁組件，其具有特征性的帽形的橫截面輪廓，其相對于諸如飛行器外殼的殼組件I的位置被測量。用于此目的的是被配置為激光雷達(dá)單元的測量單元3，其從正面獲得歐米伽輪廓組件2的輪廓橫截面。由測量單元3獲得的諸如三維坐標(biāo)的測量數(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)相對的非平行的側(cè)邊7a和7b上，首先建立彼此等距間隔開的5個(gè)測量點(diǎn)6。在測量單元3的SVI測量模式中(沒有任何更加詳細(xì)地示出)，激光雷達(dá)在每個(gè)測量點(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)行測量。這確保所有的測量點(diǎn)6正好位于一個(gè)截面。
[0025]隨后，通過每個(gè)側(cè)邊7a和7b上的系列測量點(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相對于殼組件I的位置，從而通過交叉點(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相對于殼組件I的實(shí)際位置的真實(shí)情況，確定圖3上可見的實(shí)際位置點(diǎn)5’。在側(cè)面角和表面平滑度方面，相對側(cè)邊7a’和7b’偏離期望值。為了產(chǎn)生測量點(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測量單元
[0032]4估計(jì)單元
[0033]5位置點(diǎn)
[0034]6測量點(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)相對側(cè)邊(7a，7b ;7a’，7b’)處建立若干相鄰間隔開的測量點(diǎn)(6 ;6’)，通過所述測量點(diǎn)(6 ;6’)基于路徑測量原理延展回歸線(8a，8b ;8a’，8b’)，使用所述回歸線(8a，8b ;8a’，8b’)的交叉點(diǎn)(9 ;9’)來確定歐米伽輪廓組件(2)相對于殼組件(I)的位置。
2.如權(quán)利要求1所述的測量方法，其特征在于，通過交叉點(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所述的測量方法，其特征在于，實(shí)際位置點(diǎn)(5’)與對應(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所述的測量方法，其特征在于，在10到30米長的歐米伽輪廓組件(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。
6.如權(quán)利要求1所述的測量方法，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)的位置的測量裝置，其中，測量單元(3)以非接觸的方式光學(xué)地獲得歐米伽輪廓組件(2)相對于殼組件(I)的實(shí)際位置，從而隨后將實(shí)際位置與存儲在估計(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)相對側(cè)邊(7a，7b ;7a’，7b’)處，估計(jì)單元(4)建立若干相鄰間隔開的測量點(diǎn)(6 ;6’)，從而以這種方式基于路徑測量原理延展回歸線(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 )相對于殼組件(I)的位置。
9.如權(quán)利要求8所述的測量裝置，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)非接觸測量的測量單元(3)，所述激光雷達(dá)單元在測量點(diǎn)(6)中基于法向矢量(10)進(jìn)行測量。
10.一種用于如權(quán)利要求8和9的任一項(xiàng)所述的測量裝置的計(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)所述的方法來工作，其中，通過存儲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】G01B11/00GK103782128SQ201280043653
【公開日】2014年5月7日 申請日期: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 申請人:空中客車德國運(yùn)營有限責(zé)任公司