专利名称：测量飞行器结构板上形状异常的方法和实施该方法的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测量飞行器的板上的形状异常的方法。本发明还涉 及一种实施该方法的便携式系统。该系统和该方法涉及在板的制造、多个 板的组装或飞机使用时对板的撞击形成的异常。本发明应用于形状异常测量领域，特别是测量大尺寸结构板如飞行 器结构的结构板的形状异常。
背景技术：
建造飞行器时，传统上是用多个互相组装的板形成飞行器。特别是 有机翼板、机身板、垂直尾翼板等。几个板组装时，可能会发生一个板的 几何形状与需要与其组装的其它板的几何形状不完全对应。例如， 一个板 的厚度可能与设在其它板之间使其能够很容易地插入的空间不完全对应。在这些情况下，实现安装的操作者有两种可能—或者将不合适的板送回制造车间，以便对其重新加工，这可能需 要比较长的时间，因此推迟组装期限；—或者用力组装，这可能导致其中一块板变形。 因此产生在板的组装期间导致的形状异常或形状不规则。还可能发生这样的情况板的表面在制造时不完全是平面，或者在 从制造厂到组装厂之间进行运输时受到碰撞。飞行器使用时也可能产生形状异常，例如在与飞禽碰撞后。无论其起因如何，根据形状异常的位置和尺寸，形状异常可能具有 飞行器安全和/或飞行器外观方面的后果。飞行器的维修操作者或组装操作者一般可以用肉眼发现存在形状 异常。当发现异常时，应确定该异常的尺寸，以确定它可能造成的后果， 并决定对其进行矫正。现在不存在任何自动确定异常尺寸即测量异常的几何形状的方法。现在，通过操作者手工评价形状异常。手工评价形状异常的技术之一是使 热蜡流到板的变形部分中，使蜡变干，直到蜡固化，然后使蜡脱模，以得 到形状异常的印痕。然后可以从该印痕得出异常的尺寸。这种方法比较不 准确，因为尺寸是从形状异常的印痕得到，而不;1从形状异常本身得到。 另外，该方法很麻烦，并且很难在现场(在原位)进行，特别是在形状异 常位于不易到达的地方时，例如在机身的顶板或者在垂直板上时。在顶板 和垂直板上，溶化的蜡在凝固前容易沿板流动。人们另外知道一些用于测量变形的方法。D.Garcia和J.J.Orteu的 文章"3D deformation measurement using stereocoorrelation applied to experimental mechanics" , The 10th FIG International Symposium on deformation Measurements, March 2001, Orange, California, USA ("使 用应用于实验力学的立体相关进行3D变形测量"，第10届FIG变形测量 国际研讨会，美国加州奥兰治，2001年3月)中描述了其中一个建立在 图像立体相关基础上的方法。该方法提出在希望测量变形的零件上画一个 专门的图案或标记。画好图案后，使该零件承受变形，例如拉伸该零件， 或使其扭转。画出的图案与零件同时变形。测量变形的系统就可以测量图 案承受的变形，因此测量零件承受的变形。该系统包括两个CCD照相机， 每个照相机形成一系列变形图像。更确切地说，每个CCD照相机在整个 零件变形期间得到图案的一系列图像。这样得到的图像系列经过图像处理 装置的处理，该图像处理装置利用三角测量的原理重建变形零件的三维图 形。为此，图像处理装置识别每个系列的图像的所有点，然后在两个图像 系列的所有图像中寻找这些点，最后研究这些点的移动，以确定零件的变 形。但是，该变形测量系统需要在要测量的零件上画图案，这在飞行器 板上是不现实的，特别是在飞行器已经使用的情况下，因为之后必须擦掉 该图案，使得在飞行器上看不见该图案。实际上，每个航空公司一般都有 该公司专用的标识和特殊装饰，该标识和装饰在所有飞机上都应是相同 的。在飞机的某些板上存在图案或标记妨碍同一公司的飞机的标识和装饰 的这种相似性。因此很难考虑在具有形状异常的所有飞机&上画图案。发明内容本发明的目的就是克服前述技术的缺点。为此，本发明提出一种自 动测量飞行器结构板上的形状异常的方法，该方法不需要在该板上画任何图案。该方法提出通过研究投影到板表面的图案的点的位置测量板的形 状。根据该方法，在要检验的板上投影标记图案，按照板的不同视角形成 该投影图案的两个瞬时(即时)图像，然后通过图像的立体相关处理这些 图像。更确切地说，本发明涉及一种测量飞行器结构板上的形状异常的方法，该方法的特征在于包括以下操作—将标记图案投影在板异常的位置上； —形成该投影标记图案的至少两个图像；—通过立体相关处理这两个图像，以便得到对异常的几何形状的测该方法还可包括以下特征中的一个或多个 —瞬时(即时)得到图像；—通过传输连接传输图像，或者将图像记录在数字记录载体上，以 便进行远程处理。本发明还涉及一种可以实施该方法的系统。该系统包括—能够将图案投影到板上的异常位置的投影装置；—用于分别形成标记图案的图像的至少两个图像拾取装置；—处理投影在板上的标记图案的图像的处理装置。该系统还可包括以下特征中的 一个或多个—图像拾取装置实现图像的瞬时(即时)釆集；—该系统包括使投影装置和图像拾取装置同步的部件；—图像4^取装置和投影装置以小于或等于1/60秒的速度同步；—图像拾取装置与投影的图案形成三角形；—该系统包括测距仪；—图像拾取装置和投影装置安^同一4H^支座上； —测距仪安^fr抓握支座上。 一该系统是l更携式的和自动的。—图像处理部件安装在抓握支座上，并且与图像拾取装置连接。—图像处理部件位于远处，并且能够通过传输连接或通过数字记录载体接收投影标记图案的图像；—图4象"^取装置是数字照相i殳备； —图像拾取装置是矩阵照相机。
图1图示了根据本发明测量飞机板上的形状异常的系统的一个例子。图2A和2B图示了具有形状异常的飞行器雷达天线罩的例子和用本 发明的方法得到的该异常的图像。图3图示了用本发明的方法得到的异常测量结果的例子。
具体实施方式
本发明提出一种测量飞行器板上的形状异常的方法，该方法中，将 标记图案投影到要处理的板上，即存在要测量的形状异常的飞机板上。用 不同视角形成该标记图案的图像。然后根据立体相关技术处理这些图像。 正如下面将详细解释的，立体相关技术可以从二维图像出发通过三角测量 重建变形物体的三维图像。本发明还提出一种可以实施该方法的测量形状异常的系统。该系统 包括两个图像拾取装置，它们可以按照不同视角拾取同一物体的图像。根 据本发明，所考虑的物体是包括要测量的形状异常的飞行器板。因此图像 拾取装置的安装使其与投影在要处理的异常上的标记图案形成三角形。本发明的测量系统另外包括将标记图案投影在要处理的板上的装 置。标记图案是由一组大小不同、相互并排、随机布置的黑点和白点构成 的斑点图案(mouchetis)。根据本发明，该标记图案投影在要处理的板上 的形状异常处。换句话说，该标记图案投影在板的包括形状异常的区域。图像拾取装置中的每一个形成投影在板的形状异常上的标记图案 的图像。在本发明的一个实施例中，在预定的时间间隔内(不是在一个时 间点上，即在若干秒甚至若干分钟的连续时间间隔内)投影标记图案。在 该时间间隔的过程中形成投影在形状异常上的标记图案的图像。在本发明 的一种优选实施例中，标记图案投影装置与图<象#^取装置同步，这样可以在标记图案投影到要处理的板上的同一时刻形成图像。这种同步以使记录 的图#4艮清晰的速度实现，即没有模糊不清，也不需要将该系统放在任何三脚架类型的支架上。例如可以以小于或等于1/60秒的同步时间实现这 种同步。为了实施该优选实施例，图像拾取装置最好安装在同一抓握支座 上。该系统的一个例子示于图1。在该例中，抓握支座l是例如铝制的框 架，投影装置3固定在该框架上，图像拾取装置2a和2b在所述投影装置 3的两侧固定在该框架上。投影装置3位于框架的平面P中，在框架的中 心，使得标记图案沿与框架平面P垂直的投影方向X投影到板5的形状 异常6上。图像拾取装置2a和2b不在框架平面P中，使它们的取景方 向不与投影方向X平行。更确切地说，图像拾取装置2a和2b的取景方 向与框架平面P形成三角形，要测量的异常6形成三角形的顶部。图像拾取装置在框架l中的位置，特别是图像拾取装置相对于框架 平面P的倾斜角可以根据异常的面积和抓握支座相对于具有异常的板的 距离而变化。在图l的例子中，系统可以测量距离大约为lm到1.5m和 大约600x400x200mm3的空间内的异常。图像拾取装置2a和2b可以是数字照相设备或能够在要处理的板上 形成投影的标记图案的瞬时(即时)图像的矩阵照相机。瞬时(即时)图 像是指分别由不同的图像拾取装置在同 一给定时刻例如在标记图案投影 的时刻形成的两个图像。这些图4象拾取装置例如可以形成1000xlOO(H象素 的图像。对测量所需图像的采集(称为测量采集)是瞬时(即时)实现的。在本发明的一种优选实施例中，该系统包括测距仪4或其它任何可 以很容易地评价系统与要测量的板之间距离的装置。该测距仪4可以与图像拾取装置2a和2b和投影装置3连接，并且与这些装置同步，从而实现 这些装置的自动化对焦，以便得到投影标记图案的清晰图像。该测距仪4 也可安^4抓握支座的框架1上，在框架平面P内，例如在所述框架1 的中心。本发明的测量系统另外包括通过立体相关处理这些图像的装置。图 1中未图示的处理装置的安装可以远离抓握支座1。在这种情况下，图像 可以记录在图像记录栽体上，以便以后进行远程处理。例如该记录载体可 以是存储卡，如目前的数字照相设备使用的存储卡，或者是USB盘。图 像也可通过蓝牙无线连接或Wi-Fi连接传输给图像处理装置。因此操作者 可以在机场携带装有投影和图像拾取装置的抓握支座移动，以便在正在服役的飞机上对一个或几个异常进行拍照，然后在远离机场的办公室内对这 些图像进行后处理。在另一变型中，处理装置微型化到足以安装在抓握支座上。则可以 在所涉及的飞机附近和大约几分钟的最短时间内在现场实现整个拍照和 处理过程。该变型的优点是使用者可以例如在拍照有问题的情况下(例如 拍照不够清晰，或者标记点没有足够的代表性等)重新开始操作。无论图像处理装置放置在哪里，它都能保证通过立体相关根据两个 不同拍照角度处理两个同一时刻得到的标记图案的图像。该处理在于研究 标记图案的不同点的空间分布。由于标记图案的点在要测量的板的表面， 因此该板在三维空间的几何形状得到测量。因此可以得出该板的形状异常。可以以沿X、 Y、 Z轴的传统三维呈现的形式得到板的几何形状的图 像。也可以以沿X、 Y轴的二维呈现加上用颜色来表示Z维度的形式得到 所述图像。在这种情况下，对应于异常的深度的Z维度用色卡中的与深 度标尺相关联的不同颜色表示。色卡的颜色选择由操作者从图像处理装置 确定。图2A图示了飞机雷达天线罩7上的形状异常的一个例子。图2B 图示了用本发明的方法得到的该形状异常的图像的例子。更确切地说，图 2A示意性图示了飞机头部的雷达天线罩7,该雷达天线罩有图示在矩形 框中的长线形状的加固件dl。该加固件dl构成一形状异常。图2B图示 了用本发明的方法得到的带有该加固件dl的雷达天线罩的图像。该图像 显示了天线罩的具有不同深度级的整体形状，每个深度级用 一种不同的颜 色表示。圆形中心区C1与雷达天线罩7的尖端8相对应，其深度级最小。 圆形区C2、 C3等对应于雷达天线罩的不同深度间隔。在该图2B中看到 该图像的圆形区内存在不连续d。该不连续d2形成以偏心方式穿过图像 的圆形区的长线^。该不连续d2对应于图2A的雷达天线罩7上的加 固件dl。图3表示可以用本发明的方法得到的三维图像的示意例子。该图像包 括一个二维网格，在X、 Y轴上带有用mm表示的度量值。该图^ii包括 形状异常的显示，即多个对应于形状异常的不同深度级的颜色层的斑块 T。该图^ii包括给出不同颜色和深度级之间的对应关系的色卡N。在该 图4象例子中，斑块的两个外颜色层C10和Cll表示0-0.5111111之间的异常 深度，颜色C12的深度为0.5-lmm，颜色C13的深度为1.5-2mm，颜色 C14的深度为2.5-3mm，颜色C15的深度为3.5-4mm。因此该斑块T表常的深度。可以从中得出异常的尺寸，即异常的长 度、宽度和深度。对几平方厘米的表面，用该方法得到的深度误差约为50微米。在图3的图像例子中，标记点R可以识别异常在板上的确切位置。 在该例中，标记R相当于板上的铆钉位置。为了得到这些标记点，用足够大的视野形成板的包含异常的区域的瞬 时(即时)标记图案图像，使这些图像显示出异常的周围环境。如前所述，标记图案投影装置和要处理的板上的所述标记图案的图像 拾取装置可以安装在抓握支座的框架上。该框架最好由一种轻型材料制 成，这样可以实现便于地面操作人员携带的便携式自动系统。该系统的重 量可以足够轻，例如小于4kg，并且不需要使用任何三脚架类的支撑装置。 投影装置和图像拾取装置的同步还可使该系统容易操作。操作者可以将系 统拿在手中直接实现图像拾取，这样可以很容易地处理不易到达的地点， 如机身上部或飞行器的垂直板。
权利要求
1.一种测量飞行器结构板(5)上的形状异常(6)的方法，其特征在于包括以下操作-将由一组相互并排、随机分布、大小不同的黑白斑点构成的标记图案投影在板(5)的异常(6)位置上；-形成该投影的标记图案的至少两个图像；-通过立体相关处理这两个图像，以实现对异常的几何形状的测量。
2. 如权利要求l所述的方法，其特征在于即时获得所述图像。
3. 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，图^it过传输连接 传输，或者存在数字记录载体上，以便进行远程处理。
4. 一种测量飞行器结构板(5)上的形状异常(6)的系统，其特征 在于该系统包括—用于将由一组相互并排、随机布置、大小不同的黑白斑点构成的标 记图案投影在板(5)的异常(6)位置上的投影装置(3);—用于分别形成标记图案的图像的至少两个图像拾取装置(2a、 2b) 标记；一处理标记图案的所述图像的图像处理装置。
5. 如权利要求4所述的系统，其特征在于，图像拾取装置(2a、 2b) 即时实现图〗象釆集。
6. 如权利要求4或5所述的系统，其特征在于，该系统包括使投影 装置(3)和图像拾取装置(2a、 2b)同步的同步装置。
7. 如权利要求6所述的系统，其特征在于，图像拾取装置和投影装 置以小于或等于1/60秒的速度同步。
8. 如权利要求4-7之任一项所述的系统，其特征在于，图像拾取装 置的放置使其与投影的标记图案形成三角形。
9. 如权利要求4-8之任一项所述的系统，其特征在于，该系统包括 测距仪(4 )。
10. 如权利要求4-9之任一项所述的系统，其特征在于，图像拾取装 置和投影装置安^同一4rt支座(1)上。
11. 如权利要求10所述的系统，其特征在于，测距仪(4)安装在抓 握支座(1)上。
12. 如权利要求1-11之任一项所述的系统，其特征在于，该系统是 ^更携式的和自动的。
13. 如权利要求10-12之任一项所述的系统，其特征在于，图像处理 装置安M抓握支座(1)上，并且与图像拾取装置连接。
14. 如权利要求4-11之任一项所述的系统，其特征在于，图像处理 部件处于远处，并能够通过传输连接或数字记录载体接收投影的标记图案 的图像。
15. 如权利要求4-14之任一项所述的系统，其特征在于，图4象拾取 装置是数字照相设备。
16. 如权利要求4-14之任一项所述的系统，其特征在于，图像拾取 装置是矩阵照相机。
全文摘要
本发明涉及一种测量飞行器结构板(5)上的形状异常(6)的方法，包括以下操作将由一组相互并排、随机布置、大小不同的黑白斑点构成的标记图案投影在板(5)的异常(6)位置上；形成该投影标记图案的至少两个图像；通过立体相关处理这两个图像，以实现对异常的测量。本发明还涉及一种用于实施该方法的系统，该系统包括用于将由一组相互并排、随机布置、大小不同的黑白斑点构成的标记图案投影在板(5)的异常(6)位置上的装置(3)；分别能够形成所述标记图案的图像的至少两个图像拾取装置(2a、2b)；以及处理标记图案的所述图像的装置。
文档编号G01B11/24GK101233387SQ200680027454
公开日2008年7月30日 申请日期2006年7月24日 优先权日2005年7月26日
发明者尼古拉斯·富尼耶 申请人:空中客车法国公司