确定应用到壳组件的轮廓组件的位置的测量方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于确定放置在飞行器的壳组件（1）上的欧米伽轮廓组件（2）的位置的测量方法，其中，以非接触的方式光学地获得欧米伽轮廓组件（2）相对于壳组件（1）的实际位置，从而随后将实际位置与定义的期望位置进行比较，其中，在欧米伽轮廓组件（2）的轮廓横截面的两个相对侧边（7a，7b；7a’，7b’）处，建立若干相邻间隔开的测量点（6，6’），通过测量点（6，6’）基于坐标根据路径测量原理延展回归线（8a，8b；8a’，8b’），使用回归线（8a，8b；8a’，8b’）的交叉点（9；9’）来确定欧米伽轮廓组件（2）相对于壳组件（1）的正交位置。
【专利说明】确定应用到壳组件的轮廓组件的位置的测量方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于确定放置在壳组件上的欧米伽(omega)轮廓组件的位置的测量方法，其中以非接触的方式光学地获得欧米伽轮廓组件相对于壳组件的实际(ACTUAL)位置，从而随后将实际位置与定义的期望(DESIRED)位置进行比较。此外，本发明还涉及用于实施这种测量方法的测量装置，以及涉及一种用于测量装置的与此有关的计算机程序产品O
[0002]本发明的应用领域主要延伸到飞行器构造。尤其对于大容量机身，使用壳式构造制造商用飞行器，其中内部加强结构支撑壳组件，作为外壳的壳组件包括机身的外表面。内部加强结构通常包括纵向运行的长桁(stringer)和大致与其成环状地横向运行的机框(frame)，该长桁和机框在内部结合到壳组件。在现代生产技术中，在壳组件的制造期间，至少长桁最经常粘接到壳组件，从而不需要使用诸如铆钉的单独连接装置。除T型长桁之外，所谓的欧米伽长桁被用于这个目的，这里也称为欧米伽轮廓组件。在本发明的框架内，欧米伽轮廓组件被理解为轮廓组件的横截面形状，其呈现出打开的轮廓横截面，与壳组件一起产生闭合的轮廓。例如，这里轮廓横截面是对称的，呈现出远离壳组件延伸的两个非平行的相对侧边。
[0003]通过与T型长桁相比较，这样的轮廓横截面具有更大的面积惯性矩，从而尤其赋予飞行器结构高稳定性。在特定实施方式中，欧米伽轮廓组件涉及由具有大致帽形的对称横截面的金属或塑料制造的加强轮廓。除飞行器构造之外，这些组件也可以结合来自汽车工程、船舶工程等的其他大规模壳组件被使用。根据本发明的解决方案也可以被应用于汽车工程、船舶工程等。
【背景技术】
[0004]从DE103 31 358A1已知一种用于制造飞行器机身的结构组件的方法，其中，在特殊的制造过程中，长桁被粘接到壳组件。这里，具有嵌入在环形通道中的模块轮廓的模架的外表面被松散覆盖膜覆盖。由间隙形成的空腔暴露在真空中，从而在模块轮廓的环形通道和缝隙上吸出膜。在达到充分真空之后，膜棍与真空皮棍(vacuum skin roller) f禹接，以这样的方式，膜被缠绕，而真空皮从模块轮廓的外表面解开缠绕，并在尺寸上准确地被引入到凹陷的轮廓槽中。随后，具有支撑元件的长桁被插入到由真空皮覆盖的轮廓槽。然后，所有纤维复合皮层被放置在模块轮廓和长桁的真空皮覆盖的外表面上。最后，最佳数量的密封接合物被应用到外皮层。结构壳精确地适应密封接合物，从而压紧密封接合物，以在真空皮和结构壳之间产生真空密封。在达到规定的制程真空(process vacuum)之后,真空皮和结构壳之间的腔，真空也被关闭，空腔朝空气打开。因此，结构壳可以被提升和旋转180°，以使后者经受注入和固化过程(curing process).随后，由壳组件组成的加工完的结构壳可以从具有长桁的模具移除。
[0005]在固化之前和/或制造这样的结构组件之后，必须测量长桁相对于壳组件的位置，以针对尺寸的准确性运行质量控制。这已借助光度测定程序以复杂手动测量的方式事先完成，其中首先必须将标记提供到长桁面和壳组件，随后由图片相机获得标记，并通过图像处理估计标记。
[0006]然而，本发明也可以独立于上述所谓的真空装置过程来使用。基本的应用涉及具有欧米伽轮廓组件的壳组件，与其制造中使用的方法无关。
【发明内容】
[0007]因此，本发明的目的是产生一种测量方法和测量装置，其用于确定放置在壳组件上的特殊欧米伽轮廓组件的位置，允许快速和精确的非接触测量值的获得。
[0008]基于如权利要求1的前序部分所述的测量方法结合其特征部分，实现了上述目的。下面的从属权利要求描述本发明的有利的进一步发展。
[0009]本发明包含如下程序指令:即在欧米伽轮廓组件的轮廓横截面的两个相对侧边处使用若干相邻间隔开的-即若干单独设置的-测量点，从而产生回归线，使用回归线的交叉点来确定欧米伽轮廓组件相对于壳组件的位置。换句话说，针对图像处理不使用先前应用的粘性(adhesive)测量点；测量点改为从特征轮廓形状、具体地从相对侧边获得。自然地，用于实施根据本发明的测量方法的侧边不能彼此平行，否则在连接线之间没有交叉点。此夕卜，空间坐标例如z坐标应该被规定或被设为恒量，从而产生二维截面，并且回归线在各个二维截面中相交。一般在二维截面中确保正交性。在欧米伽轮廓组件的侧边上获得的交叉点表示各个二维截面中欧米伽轮廓组件相对于壳组件的位置，因此是相关的。例如，其相对于壳组件的位置被确定的长桁或其他组件可以被指定为欧米伽轮廓组件。
[0010]这优选地通过在壳组件的方向上绘制通过交叉点的平分线来完成，从而在轮廓横截面中的壳组件上标记实际位置点，该实际位置点与欧米伽轮廓组件的实际位置相对应。
[0011]该实际位置点借助CAD模型优选地与对应于欧米伽轮廓组件的期望位置的期望位置点进行比较，以确定轮廓横截面处的位置偏离。因而，制造过程之后进行的质量控制涉及位置点之间的实际/期望比较。借助于在基于其的欧米伽轮廓组件上建立理想的期望测量点，在此可以从要制造的组件的CAD模型得到用于比较目的的期望位置点。换句话说，CAD模型被用于设置期望测量点，通过期望测量点绘制连接线从而确定共享的交叉点，其平分线然后限定壳组件上的期望位置点。
[0012]为了实现根据本发明的解决方案(优选地可以基于数学计算和轮廓横截面的非接触的基于坐标的测量点的获得来实施且因此以软件来实施该方案)，在测量期间，壳组件不必直接可访问，也不必被踏接或触摸。在根据本发明的解决方案中，欧米伽轮廓组件的各个位置处的测量点只位于垂直于轮廓的平面中，从而实现欧米伽轮廓组件的实际位置点的特别正确的估计和计算。欧米伽轮廓组件的非接触的基于坐标的位置的确定可以在没有任何进一步中断的情况下被结合到生产程序，且能够以高度准确性再现。这能够正确地相互比较各种类似的结构组件。欧米伽轮廓组件的位置总是被确定在相同的地点处，该地点正好位于沿欧米伽轮廓组件的轴的垂直平面中。
[0013]根据对本发明加以改进的一个测量，可以测量欧米伽轮廓组件的前进(progression)，即中心线，欧米伽轮廓组件沿壳组件沿中心线运行。出于这个目的，沿欧米伽轮廓组件确定的若干实际位置点形成实际中心线，该实际中心线与期望中心线进行比较，以测定欧米伽轮廓组件前进中的位置偏离，即以与上述确定轮廓横截面处的位置偏离相似的方式。
[0014]用于确定实际中心线的校准的实际位置点优选地应该彼此相隔开0.2和1.2米之间的距离，从而以计量正确的方式相对于欧米伽轮廓组件的前进校准10到30米长的欧米伽轮廓组件。
[0015]对本发明加以改进的另一测量提出:借助最佳拟合方法，在彼此相邻布置的测量点之间建立回归线，其中利用该回归线来获得交叉点。一般而言，基于最佳拟合方法，3个到7个测量点足够用于确定各个回归线的平均行程。在最佳拟合方法中，以这样的方式建立线的行程，以产生线的前进和各个测量点之间的最小可能距离，实际上各个测量点不能精确地位于线上。
[0016]在设备方面，上述测量方法可以用测量单元来实施，例如基于调频(FM)原理工作的非接触测量单元。这个测量单元在其下游放置有用于进行根据本发明的程序步骤的电子估计单元。存储的期望位置点首先被用于在欧米伽轮廓的轮廓横截面的侧边上建立实际位置点。这可以用激光雷达来完成，优选地以“表面矢量相交”(surface vectorintersection, SVI)的测量模式。在该特殊的测量模式中，激光雷达单元在期望测量点中沿法向矢量扫描，直到激光束击中欧米伽轮廓组件的材料，然后进行测量。除了其他之外，这确保所有的实际测量点正好位于一个平面中，具体地在截面中。激光雷达单元可以是商业上可用的，非触摸操作的移动坐标测量仪。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]下面，基于附图结合本发明的优选示例性实施方式的描述来更加详细地解释本发明。在附图中:
[0018]图1是具有放置在壳组件上的测量装置的欧米伽轮廓组件的示意性透视图，
[0019]图2是用于确定期望位置点的、放置在轮廓横截面中的壳组件上的欧米伽轮廓组件的示意性顶视图，
[0020]图3是用于确定实际位置点的、放置在轮廓横截面中的壳组件上的欧米伽轮廓组件的示意性顶视图。
【具体实施方式】
[0021]根据图1，这里部分描述的飞行器的壳组件I上放置有欧米伽轮廓组件2，例如长桁或纵梁组件，其具有特征性的帽形的横截面轮廓，其相对于诸如飞行器外壳的壳组件I的位置被测量。用于此目的的是被配置为激光雷达单元的测量单元3，其从正面获得欧米伽轮廓组件2的轮廓横截面。由测量单元3获得的诸如三维坐标的测量数据在下游的估计单元4中被估计，从而将壳组件I上的欧米伽轮廓组件2的实际位置与规定的期望位置进行比较。
[0022]在沿欧米伽轮廓组件2的各个地点处的表明欧米伽轮廓组件的实际位置的在横截面轮廓中的若干位置点描绘实际中心线11，实际中心线11例如可以与期望中心线进行比较，以确定长桁前进中的位置偏离。
[0023]根据图2，欧米伽轮廓组件2相对于壳组件I的期望位置源自于规定期望位置的CAD模型，其中，在CAD模型中确定清楚表示欧米伽轮廓组件2相对于壳组件I的正确位置的期望位置点5以用于比较目的。
[0024]为了得到期望位置点5，在欧米伽轮廓组件5的轮廓横截面的两个相对的非平行的侧边7a和7b上，首先建立彼此等距间隔开的5个测量点6。在测量单元3的SVI测量模式中(没有任何更加详细地示出)，激光雷达在每个测量点6中沿法向矢量8扫描直到激光束击中欧米伽轮廓组件2的材料，然后进行测量。这确保所有的测量点6正好位于一个截面。
[0025]随后，通过每个侧边7a和7b上的系列测量点6绘制回归线8a和8b，其中，它的交叉点9被用于确定欧米伽轮廓组件2相对于壳组件I的位置，从而通过交叉点9在壳组件I的方向上建立平分线10。平分线10和壳组件I之间的交叉点表示期望位置点5。
[0026]基于欧米伽轮廓组件2相对于壳组件I的实际位置的真实情况，确定图3上可见的实际位置点5’。在侧面角和表面平滑度方面，相对侧边7a’和7b’偏离期望值。为了产生测量点6’之外的直线，从而不正好位于直线上，使用最佳拟合方法产生测量点6’的回归线。因此，如夸张描绘的那样，用于两个回归线8a’和Sb’的交叉点9’位于组件对称性外面，且平分线10’在与壳组件I的交叉点中标记被寻找的实际位置点5’。
[0027]此外，值得注意的是，“包含”不排除任何其他元素或步骤，“一个”(“a”)或“一个”(“an”)不排除多个。还值得注意的是，参照一个上述示例性实施方式描述的特征或步骤也可以结合其他上述示例性实施方式的其他特征或步骤被使用。权利要求中的附图标记不应当被解释为是限制性的。
[0028]附图标记列表
[0029]I壳组件
[0030]2欧米伽轮廓组件
[0031]3测量单元
[0032]4估计单元
[0033]5位置点
[0034]6测量点
[0035]7 侧边
[0036]8回归线
[0037]9交叉点
[0038]10法向矢量
[0039]11中心线
【权利要求】
1.一种用于确定放置在壳组件(I)上的欧米伽轮廓组件(2)的位置的测量方法，其中，以非接触的方式光学地获得欧米伽轮廓组件(2)相对于壳组件(I)的实际位置，从而随后将实际位置与定义的期望位置进行比较，其特征在于，在欧米伽轮廓组件(2)的轮廓横截面的两个相对侧边(7a，7b ;7a’，7b’)处建立若干相邻间隔开的测量点(6 ;6’)，通过所述测量点(6 ;6’)基于路径测量原理延展回归线(8a，8b ;8a’，8b’)，使用所述回归线(8a，8b ;8a’，8b’)的交叉点(9 ;9’)来确定欧米伽轮廓组件(2)相对于壳组件(I)的位置。
2.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，通过交叉点(9’)在壳组件(I)的方向上延展平分线(10’)，从而在轮廓横截面中的壳组件(I)上标记对应于欧米伽轮廓组件的实际位置点的实际位置点(5’)。
3.如权利要求2所述的测量方法，其特征在于，实际位置点(5’)与对应于欧米伽轮廓组件(2)的期望位置的期望位置点(5)进行比较，从而确定在轮廓横截面处的位置偏离。
4.如权利要求2所述的测量方法，其特征在于，沿欧米伽轮廓组件(2)确定的若干实际位置点(5’)形成实际中心线(11)，所述实际中心线(11)与期望中心线进行比较，以决定欧米伽轮廓组件(2)的前进中的位置偏离。
5.如权利要求4所述的测量方法，其特征在于，在10到30米长的欧米伽轮廓组件(2)的情况下，用于确定实际中心线(11)的校准的实际位置点(5’)以0.2和1.2米之间的距离彼此等距间隔开。
6.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，借助最佳拟合方法在彼此相邻布置的测量点(6’)之间建立回归线(8a’，8b’)。
7.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，根据CAD模型的欧米伽轮廓组件上的期望测量点限定用于比较目的的期望位置点(5 )。
8.一种用于确定应用到壳组件(I)的欧米伽轮廓组件(2)的位置的测量装置，其中，测量单元(3)以非接触的方式光学地获得欧米伽轮廓组件(2)相对于壳组件(I)的实际位置，从而随后将实际位置与存储在估计单元(4)中的期望位置进行比较， 其特征在于，在欧米伽轮廓组件(2)的轮廓横截面的两个相对侧边(7a，7b ;7a’，7b’)处，估计单元(4)建立若干相邻间隔开的测量点(6 ;6’)，从而以这种方式基于路径测量原理延展回归线(8a，8b ;8a’，8b’)，所述回归线(8a，8b ;8a’，8b’)的交叉点(9 ;9’)用于确定欧米伽轮廓组件(2 )相对于壳组件(I)的位置。
9.如权利要求8所述的测量装置，其特征在于，激光雷达单元被用作用于所述实际位置的光学非接触测量的测量单元(3)，所述激光雷达单元在测量点(6)中基于法向矢量(10)进行测量。
10.一种用于如权利要求8和9的任一项所述的测量装置的计算机程序包，其可以基于如权利要求1到7的任一项所述的方法来工作，其中，通过存储在软件中的用于估计单元(4)的相应控制命令，实施用于决定交叉点(9 ;9’)以确定欧米伽轮廓组件(2)的位置的处理例程。
【文档编号】G01B11/00GK103782128SQ201280043653
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年8月28日 优先权日:2011年9月9日
【发明者】蒂洛·朗纳, 马蒂亚斯·米根堡, 托本·雅各布, 亚德里恩·瓦亨多夫, 雷莫·欣茨 申请人:空中客车德国运营有限责任公司