用于受限访问检测的追踪使能的多轴工具的制作方法
【专利摘要】一种用于受限访问检测的追踪使能的多轴工具。在一些实施例中，一种多轴工具可以包括适应于被放置成与壁内的开口相邻的万向节；具有第一端和第二端和与第一端相邻的末端执行器的大位移装置，所述大位移装置接合万向节用于穿过开口的相对旋转运动和相对滑移运动以便末端执行器被放置在与第二端相反的壁侧面；配置为测量大位移装置相对于万向节的线性位置和末端执行器相对于开口的位置和空间取向的传感器系统；和计算机控制器，其连接成从传感器系统接收信号以确定末端执行器相对于开口的位置和取向中的至少一个。
【专利说明】用于受限访问检测的追踪使能的多轴工具
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于视线之外且在受限访问区域内运行的无损检测系统和方法，更具体地涉及使用装备有末端执行器的器械臂的无损检测系统和方法。
【背景技术】
[0002]在外壳内(比如飞行器结构)的受限访问区域的检测会需要拆卸和重装结构，这是昂贵且费时的。作为替代性的，这样的封闭空间可以包括检修孔，其尺寸接收传感器或者其他使能视觉检测的仪器。如果要被检测的内部是相对开放的，则使用这样的传感器会是有效的。然而，在许多应用中，这样的外壳会包括阻塞性内部，其可以包括硬件或者其他使得通达和检测困难的结构。
[0003]例如，某些内部飞行器结构会需要使用中检测但是这样的结构会被管、托架和致动器阻碍，其必须首先被移除。在一些示例中，初始检测会占用1000小时以上，并且随后的检测会占用500小时以上。其他的内部飞行器部件会被其他结构元件阻碍。由于结构移除问题，初始飞行器检测会占用2000小时以上，并且重复性检测则多达1100小时。
[0004]当前，可以通过使用管道镜和远程摄像机来实现这样的检测，所述管道镜和远程摄像机的形状被做成被插入受限访问区。这样的装置能够看到表面缺陷或者损伤，但是不能看到表面下的损伤。在许多示例中，使用这些装置和方法发现的特征会被误诊为损伤，并且仅能在昂贵的拆卸后确定开始标记。飞行器上的钛附连配件的疲劳检测可以被编程为视觉管道镜检测，但是如果类似裂纹的指示被发现，则除了简单地拆卸尾翼外当前没有方法来确认它们。
[0005]而且，随着飞行器越来越多地使用粘合且共同固化的复合材料结构，通达到内部以便生产和使用中的检测会是非常困难的、昂贵的并且费时的。这样的检测会是非常昂贵的以致于由于执行使用中检测的高成本而使得某些低成本结构设计不能被使用。
[0006]相应地，需要用于在受限的封闭区域内无损检测的系统和方法。还需要用于在密闭空间内追踪检测装置的位置和取向的无损测试。
【发明内容】
[0007]在一个实施例中，一种多轴工具，其可以包括适应于被放置在与壁中的开口相邻的万向节；大位移装置(extended-reach device),所述大位移装置具有第一和第二端以及与第一端相邻的末端执行器，所述大位移装置接合万向节以用于穿过开口的相对旋转运动和相对可滑移运动，以便末端执行器被放置在壁的与第二端相反的侧面上；传感器系统，所述传感器系统被配置为测量大位移装置相对于万向节的线性位置以及末端执行器相对于开口的位置和空间取向；和计算机控制器，所述计算机控制器被连接成从传感器系统接收信号以确定末端执行器相对于开口的位置和取向中的至少一个。
[0008]在另一个实施例中，一种用于检测外壳的内部的方法，所述外壳具有带有通达开口的壁，所述方法可以包括提供一种大位移装置，其具有第一和第二端以及与第一端相邻的末端执行器；插入大位移装置穿过开口以便末端执行器被放置在壁的与第二端相反的侧面上；用传感器系统检测末端执行器相对于开口的位置和空间取向；和确定末端执行器相对于开口的位置和取向。
[0009]根据本公开的一个方面，提供了一种多轴工具，其包括:适应于被放置在与壁的开口相邻的万向节；具有第一和第二端以及与第一端相邻的末端执行器的大位移装置，大位移装置接合万向节以用于穿过开口的相对旋转运动和相对可滑移运动以便末端执行器被放置在壁的与第二端相反的侧面上；传感器系统，所述传感器系统被配置为测量大位移装置相对于万向节的线性位置以及末端执行器相对于开口的位置和空间取向；和计算机控制器，所述计算机控制器被连接成从传感器系统接收信号以确定末端执行器相对于开口的位置和取向中的至少一个。
[0010]有利地，传感器系统包括安装在大位移装置上的惯性测量单元；和激光测量装置、字符串编码器和轮式编码器中的一个以跟踪大位移装置在所述开口内的插入。
[0011]有利地，多轴工具还包括:适应于被放置在与壁的开口相邻的滑块；所述万向节包括附连至滑块且能够相对于所述滑块可滑移和可旋转的运动的导轨，和附加至导轨的用于相对其做枢转和平移运动的滑移附件环；和传感器系统，所述传感器系统被配置为探测导轨沿着滑块的纵向位置、导轨相对于滑块的旋转位置、滑移附件环相对于导轨的枢转位置和大位移装置相对于万向节的旋转位置。优选地，传感器系统包括第一编码器、第二编码器、第三编码器、第四编码器、第五编码器和第六编码器中的一个或者更多个，其中第一编码器被配置为测量导轨沿着滑块的纵向位置，第二编码器被配置为测量导轨相对于滑块的旋转位置，第三编码器被配置为测量滑移附件环沿导轨的位置，第一编码器被配置为测量滑移附件环相对于导轨的枢转位置，第五编码器被配置为测量大位移装置相对于滑移附件环的线性位置，并且第六编码器被配置为测量大位移装置相对于滑移附件环的旋转位置。
[0012]有利地，末端执行器与计算机控制器通信并且由计算机控制器控制。
[0013]有利地，末端执行器包括摄像机并且由计算机控制器接收的信号被计算机控制器使用以确定摄像机的位置和取向。优选地，计算机控制器包括连接到摄像机以显示由摄像机发送的图像的显示器。优选地，计算机控制器包括数据库，其包含由摄像机观察的物体的被储存图像，并且显示器被配置为显示与由摄像机观察的一个物体的实际图像相邻的一个物体的被存储图像。优选地，计算机控制器包括具有惯性测量单元的手持显示器；和包含被储存信息的数据库，该信息关于要由摄像机观察的外壳的内部；计算机控制器被配置为在所述内部的手持显示器上显示随着手持显示器被用户定向而移动的虚拟图像。
[0014]有利地，大位移装置是管。优选地，端部中的一个包括适应于由用户握住的手柄。
[0015]有利地，传感器系统包括字符串编码器，其被附连到大位移装置以发送大位移装置相对于滑移附件环的线性位置。优选地，字符串编码器包括在滑移附件环和大位移装置中的至少一个内的第一磁体；和在滑移附件环和大位移装置中的另一个内的第二磁体和铁磁体元件中的一个；第一编码器包括附连到第二磁体和铁磁体元件中的一个的电缆(cable)。优选地，所述电缆延伸穿过大位移装置的内部和空心管道中的一个，所述空心管道纵向延伸穿过大位移装置的内部，所述空心管道被形成以提供在大位移装置内的足够允许电线延伸穿过其中的间隙；并且第二磁体和铁磁体元件中的所述一个位于大位移装置的内部和空心管道中的一个内。[0016]根据本公开的进一步方面，提供了一种用于检测外壳的内部的方法，外壳具有带有通达开口的壁，所述方法包括:提供具有第一和第二端以及与第一端相邻的末端执行器的大位移装置；插入大位移装置穿过开口以便末端执行器被放置在壁的与第二端相反的侧面上；用传感器系统探测末端执行器相对于开口的位置和空间取向；和确定末端执行器相对于开口的位置。
[0017]有利地，用传感器系统探测包括提供适应于与壁的开口相邻放置的万向节；大位移装置接合万向节以用于穿过开口的相对旋转运动、相对枢转运动和相对可滑移运动。优选地，用传感器系统探测包括提供适应于被放置成与壁的开口相邻的滑块；和附连到滑块的万向节以用于相对其的线性运动。优选地，万向节包括接收大位移装置的滑移附件环；和用传感器系统探测包括探测大位移装置相对于滑移附件环的线性位置。优选地，万向节包括导轨，其被可枢转且可滑移地附连到滑块并且可枢转且可滑移地附连到滑移附件环；和用传感器系统探测包括探测导轨沿着滑块的位置、导轨相对于滑块的旋转位置、滑移附件环相对于导轨的位置、滑移附件环相对于导轨的枢转位置、大位移装置相对于滑移附件环的线性位置和大位移装置相对于滑移附件环的旋转位置中的一个或者更多个。优选地，所述方法还包括访问包含关于由被包括在末端执行器内的摄像机观察的物体的数据的数据库；和显示与由摄像机观察的一个物体的实际图像相邻的一个物体的被存储图形。
[0018]本公开的其他目标和优点将从下面的说明书参照附图和权利要求变得明显。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是公开的追踪使能的多轴工具的实施例的不意图表不；
[0020]图2是示出图1的多轴工具的摄像机和惯性测量单元的位置矢量图；
[0021]图3是公开的追踪使能的多轴工具的另一实施例；
[0022]图4A和图4B是公开的追踪使能多轴工具的第三个实施例的细节；
[0023]图5A、图5B和图5C是公开的追踪使能多轴工具的大位移装置的不同实施例的示意图表不；和
[0024]图6是公开的追踪使能多轴工具的另一实施例。
【具体实施方式】
[0025]如图1所示，公开的追踪使能的多轴工具，一般标为10，其可以包括具有第一端14和第二端16的大位移装置12。第一端14可以包括末端执行器,其一般标为18。第二端16可以包括被形成为由用户(未示出)握住并且操纵的手柄20。大位移装置12可以包括传感器系统，其在图1的实施例中可以包括惯性测量单元(MU)22，其可以被连接到一般标为24的可以包括编码器读取装置25的计算机控制器。
[0026]传感器系统还可以包括字符串编码器26。字符串编码器26可以与编码器读取装置25通信并且具有附连到万向节的电缆28，万向节在图1的实施例中可以是被安装在大位移装置12上的滑动滚珠30。因此，字符串编码器26可以测量大位移装置26相对于滑动滚珠30的线性位置。可选地或者除了字符串编码器26以外，激光测量装置(LMD) 27可以被安装到大位移装置12的手柄20上。如将详细描述的，字符串编码器26和LMD 27 二者都可以由计算机控制器24使用以确定大位移装置12超出滑动滚珠30的长度，以便定位大位移装置的末端。
[0027]大位移装置12还可以包括与第一端14相邻安装的摄像机32，以及第二激光测量装置(LMD)34。摄像机32可以由电线或者无线地连接到计算机控制器24以便由摄像机观察的物体36可以在显示器38上出现。
[0028]大位移装置12通常可以在形状和尺寸上是细长的以便第一端14可以插入穿过壁42内的检测开口 40，以便第一端14可以放在封闭的检测空间44 (也见图3)内在壁42的与第二端16和手柄20相反的侧面。
[0029]滑动滚珠30可以被放置成与检测开口 40相邻，并且附连至壁42或者其他方式相对于壁42固定。由于MU 22被安装在大位移装置12上，所以其追踪工具10的大位移装置的取向，这可以等价于追踪可以刚性地附连到大位移装置的轴46上的工具的任何部分的取向。由IMU 22产生的指示轴46的取向的信号可以由计算机控制器24接收。
[0030]对于图1的实施例，来自IMU 22的数据可以用于测量轴46的取向。轴相对于检测开口 40的距离测量值可以从比如字符串编码器26的许多来源获取。替代性地或者附加地，末端执行器14可以使用LMD 34来追踪末端执行器装置12相对于已知的检测位置48的插入。
[0031]如图1和图2所示，对于这个多轴工具10，来自IMU 22的数据输入的结果和字符串编码器和/或LMD可以是4X4齐次变换矩阵，其编码末端执行器12的轴46的第一端14相对于参考坐标系的位置和取向，该参考坐标系在图2中示出标记为RIMU。摄像机32的坐标系在图2中示出标记为RCAMERA。由于IMU和摄像机二者都安装在轴46上，所以摄像机32的参考系RCAMERA相对于IMU 22的参考系RMU将保持固定。从而，可以与计算机控制器24通信的IMU 22的取向将指示摄像机32的取向。
[0032]从MU22到摄像机32的距离L (是已知距离)被表示为从IMU到滑动滚珠30的距离LI (指示从IMU到壁42的距离)和从滑动滚珠30到摄像机32的距离L2的和。相应地，从检测开口 40到由摄像机32观察的物体36的距离可以表示为总长度L与从IMU 22到检测开口 40的长度LI的差。这个距离还可以通过测量从LMD 34到内部44内的已知参考物体48的距离被计算或者确定。这些测量值可以随着大位移装置12由操作者(未示出)操控而被不断地实时更新。
[0033]在一个实施例中，三维可视化应用可以被用于在显示器38上显示摄像机32的视野内的环境的基于CAD的显示。三维环境可以被用于帮助引导用户并且保持检测序列的追踪。例如，特定的感兴趣区域可以以一种颜色被强调，而已经被检测的区域或者仍然需要被检测的区域可以以其他颜色示出。此外，由于工具的位置和取向是从追踪仪器(IMU 22、字符串编码器26和LMD 34)得知的，所以工具10的呈现还可以被显示成也在虚拟环境中运行(见例如图3)。相应地，如图1所示，随着摄像机32观察物体36，显示器38可以显示物体36’的虚拟呈现，其可以由三维可视化应用产生。如果LMD 34被使用，则其提供的距离数据可以与末端执行器18的相对取向一同被使用以产生变换矩阵以便后乘/自右乘(post-multiply)轴46的变换。这给激光交叉点的位置提供了目标物体48，并且以与上面描述的相对摄像机视图变换相同的方式被计算。
[0034]三维可视化应用具有允许外部应用来修改用于三维可视化中的虚拟摄像机或者其他物体的位置和取向信息的架构。在一些应用中，这可以使用具有应用程序接口(API)的插件框架实现以允许从单独的应用来控制可视化环境。
[0035]在一个实施例中，工具10可以包括显示器50，其可以除了显示器38之外或者代替显示器38被使用。这个显示器50可以示出物体36’的虚拟图像52，使其与物体36的实际摄像机图像54并排。这个并排型显示器可以使得用户能比较实际物体36与虚拟物体36’，其可以使得操作者能够探测观察的物体的缺陷56或者其他的问题。在检测空间44内的物体36、48以及轮廓和其他物体的数据和图像，可以使得三维可视化应用能够显示在摄像机32随大位移装置12移动而移动时移动的虚拟图像36 ’，该数据和图形可以储存在可以是计算机控制器24的一部分的数据库内，或者可以从远程位置(位置)由计算机控制器访问。
[0036]如图3所示，在另一个实施例中，其可以或者可以不与图1示出的实施例相结合使用，一种便携式显示装置2A，比如平板电脑(未示出)、智能手机、显示连接器监视器、穿戴式、手持式装置或者平视显示器，可以装备有单独的IMU 56并且用于提供虚拟视点取向控制。虚拟视点位置可以与访问端口 40的固定位置或者任何与工具IOA关联的任意位置(例如，工具的第一端14)链接。因此，显示装置24A和IMU 56的任何旋转、枢转或者转角将导致虚拟图像38A的对应旋转、枢转或者转角。这种能力可以允许更直观的界面并且为用户提供改善的环境感知。如果显示装置24A装备有触屏显示器38A，则物体可以在屏幕上被选择并且记录的位置用于进一步分析。
[0037]多轴工具IOB的另一个实施例在图4A和图4B中示出。对于这个实施例，在图1的实施例中的包括IMU 22和滑动滚珠30的传感器系统可以由用于追踪大位移装置12的移动的线性和旋转编码器构成的系统代替或者补充。多轴工具IOB可以包括万向节，其包括平行滑块56、58、块64、66、导轨68和放置在与壁42内的开口 40相邻的滑移附件环70。
[0038]平行的滑块56、58可以在长度上延伸并且可以借助于如夹钳、吸盘、螺钉等(未示出)的器件在检测开口 40的任意侧面上被附连至壁42。滑块56、58可以分别包括纵向槽60、62，其接收块64、66以用于沿箭头A的方向进行相对可滑移运动。导轨68可以附连至块64、66以用于沿箭头B的方向进行相对旋转运动。导轨68可以在滑块56、58之间延伸过检测开口 40。滑移附件环70可以被安装到导轨68上以用于沿箭头C的方向进行相对可滑移或平移运动，并且可以被安装以用于在导轨上沿箭头D的方向(也就是，绕与导轨68正交的轴线)进行枢转运动。进一步，大位移装置12的轴46可以接合滑移附件环70以用于沿箭头E的方向进行相对滑移运动，并且沿箭头F的方向进行相对旋转运动。
[0039]如图4B所示，导轨56可以包括位于72的线性编码器以发送指示块64相对于导轨56在箭头A (图4A)方向上的位置的信号，并且块64可以包括位于74的旋转编码器，其可以发送指示滑块68相对块64在箭头B (图4A)方向上的相对旋转角度的信号。滑块68可以包括位于76的线性编码器，其可以发送指示滑移附件环70相对于导轨68在箭头C (图4A)的方向上的位置的信号，并且滑移附件环70可以包括位于78、80的旋转编码器以用于分别发送指示滑移附件环70在箭头D (图4A)方向上的枢转取向和轴46在箭头F (图4A)方向上的旋转位置的信号。来自编码器72、74、76、78、80的信号都可以被发送到计算机控制器24 (图1)以给出末端执行工具18相对于开口 40的取向的指示。这些信号可以由计算机控制器24处理以分别产生正被观察的物体36的虚拟和/或实际的图像52、54。图4A和图4B的实施例可以省略对于IMU 22的需要。然而，字符串编码器26或者LDM 34仍然可以是必要的以探测大位移装置12的轴46相对于检测开口 40在箭头E (见图4A)方向上的“进-出”运动。
[0040]图5A、图5B和图5C示出字符串编码器26A、26B、26C，以及可以用在例如图4A和图4B的实施例中以探测大位移装置12的轴在箭头E (图4A)方向上的移动的滑移附件环70A和70C的不同实施例。如图5A所示，字符串编码器26A可以包括电缆28，其被附连到盘84，盘84可以由铁磁材料例如钢组成。盘84可以被形成为被放置在轴46A的空心内部内以用于相对可滑移运动。滑移附件环78可以包括环形磁铁86。环形磁铁可以用于保持金属盘84在图5A所示的位置，即在或者接近滑移附件环70A的中心。由于大位移装置12A的轴46A相对于滑移附件环70A纵向移动(也就是，沿图5A的箭头E的方向)，所以金属盘84将保持固定、与滑移附件环内的磁铁86对齐，从而导致电缆28被拉入字符串编码器26A或者从字符串编码器向外延伸，因此使得字符串编码器26A能够产生指示轴46A相对于滑移附件环70A的相对纵向位置的信号。在图5A的替代性实施例中，滑移附件环70A可以包括金属环86，并且盘84可以由铁磁材料组成。对于二者中任一实施例，盘84与环86之间的磁吸引力可以保持盘在图5A所示的位置。
[0041]如图5B所示，大位移装置12A的轴46B可以包括空心内部，其接收也是空心的管88并且接收在其内的环形磁铁或者铁磁盘84A。管88可以通过粘合剂、胶合或者其他方式附连到轴46B的内壁87。滑移附件环70A可以包括磁铁或者金属盘(如果盘84A由磁铁材料组成)86。随着轴46B相对于滑移附件环70A沿图5B所示箭头E的方向纵向移动，环形磁铁或者盘84A与环86之间的磁吸引力可以保持磁铁或者盘84A在图5B所示的位置。同样，这个相对运动可以导致电缆28被拽入字符串编码器26B内或者从字符串编码器延伸出，因此产生指示轴46B相对于滑移附件环70A的相对纵向位置的信号。在轴46B的内部包括空心管88的优点在于那个间隙可以被提供用于其他的电线和电缆90沿着内部延伸。这样的电线和电缆90可以包括到LMD 34和/或摄像机22 (见图1)的连接。
[0042]如图5C所示，轴46C具有空心内部，其提供用于其他电线和电缆(通常标为90)延伸穿过其中的管道。滑移附件环70C本身可以由电缆28连接到字符串编码器26C。大位移装置12C的轴46C在箭头E方向上的相对纵向运动可以导致电缆28被拉入字符串编码器26C或者从字符串编码器26C向外延伸，从而指示轴46C相对于滑移附件环70C的相对位置。
[0043]仍然在另一个实施例中，如图6所示，追踪使能的多轴工具，一般标记为10’，可以包括以倾斜转动接头支承系统92形式的万向节代替例如图1的实施例的部件MU 22、编码器26和滑动滚珠90。倾斜转动接头92可以包括支承94，支承94可以包括支架(未示出)或者壁42 (图1)的附件(未示出)。轴96枢转地安装到支承94上并且包括U形托架98以便轴和U形托架相对于支承94绕如图6所示的竖直轴线转动(swivel)。块100被形成以装配在U形托架98的臂102、104之间并且可以枢转地附连到U形托架98的臂102、104。臂102可以包括弧形槽106，其接收螺纹螺栓108，在该螺纹螺栓108上安装有止动旋钮110以便为块100相对于托架98的枢转运动提供可调整的摩擦阻力。
[0044]块100可以包括孔112，其被形成以可滑移且可旋转地接收大位移装置12’的轴46。轮式编码器114可以被安装在支承94上并且包括接合轴96的轮116。轮116可以被定向以响应轴96的旋转而旋转，并且因此编码器114可以探测U形托架98的转动运动，并且因此探测轴46的转动运动。轮式编码器118可以被安装到臂112上并且包括被放置成接合块100的轮120。轮120被定向成，响应块100的枢转且因此轴46的上升运动(在相对于托架98枢转时)而旋转。
[0045]轮式编码器122可以被安装到块100上并且包括延伸穿过块内的槽126以接触轴46的轮124。轮124被定向成，其响应轴46相对于块100并且因此相对于系统92的纵向运动而旋转。轮式编码器128可以被安装到块100上并且包括延伸穿过块100内的槽132以接合轴46的轮130。轮130被定向成，其响应轴46相对于块100的旋转运动而被旋转，以便编码器128可以探测轴相对于系统92的旋转运动。
[0046]由于轮124和130被安装成以便其测量轴46的不同运动(分别为平移和旋转)，所以轮124和130可以是全向轮，其允许其滚动所处的表面在垂直于其各自的旋转方向的方向上自由滑移。
[0047]每个编码器114、118、122和128可以被连接以发送信号至计算机控制器24 (图1)。从而，计算机控制器24可以通过计算由编码器114、118、122和128测量的轴的纵向、旋转、倾斜和转动运动接收指示轴46的远端14的位置的信号。
[0048]在运行中，用户可以向计算机控制器24输入关于飞行器或者其他要被检测的外壳的识别信息，并且可以输入检测开口 40的识别标记。这个信息可以使得计算机控制器能够访问用于要被检测的外壳的合适的数据库。对于图1的实施例，用户可以附加滑动滚珠在检测开口 40的位置处或者附近就位。对于图4A和图4B的实施例，用户可以与检测开口40相邻地附加滑块56、58。在这点上，用户可以位于在壁42的外面并且将不能看透检测开Π 40。
[0049]用户(或者助手)随后可以通过抓住手柄20操纵大位移装置12，以便轴46的分馏端14穿过检测开口 40并且进入检测空间44。用户可以在检测空间44的显示器38或者50上观察实际的或者虚拟的图像。用户可以操纵大位移装置12以便摄像机32被定向成观察所需物体36。对于图1的实施例，来自IMU 22以及字符串编码器26和LMD 34中的一个或者二者的信号可以被计算机控制器24使用以确定末端执行器18相对于检测开口 40的位置和取向。对于图4A和图4B的实施例，计算机控制器可以接收来自编码器72、74、76、78、80和字符串编码器26的信号以确定末端执行器18相对于检测开口 40的位置和取向。因此计算机控制器24可以在相对于大位移装置12的适当取向处显示适当的虚拟图像36’。
[0050]如果物体36包括缺陷56，则缺陷可以出现在图像54上。用户可以致动计算机控制器24 (其可以通过触摸触摸屏显示器)以做出对缺陷56位置的标记，并且可以致动计算机控制器以记录示出物体36和缺陷56的图像54。一旦检测完成，则计算机控制器可以产生图像和/或物体36和缺陷56的位置的报告。可以通过使用便携式装置24A来辅助检测。便携式装置可以接收与相关的飞行器和检测开口 40的位置有关的信息，以及访问(在装置24A本地的或者在远处的)被存储信息，并且显示被检测的物体(图3)的图像38A。这个图像可以通过操纵装置24A的空间取向被操纵以使得用户能够可视化检测空间44和其内的大位移装置12的位置。
[0051]前面的实施例各自提供具有跟踪末端执行器在受限空间内运行的延伸臂上的位置和取向的能力的多轴工具。进一步，所述实施例使得用户能够从末端执行器的视角可视化被检测的环境的虚拟呈现。这可以允许该工具的操作者具有对检测体积的更好的环境感知。在那个环境下，在特定的实施例中，用户可以观察在检测区域内的所有飞行器部件(或者其他被检测的部件)的三维模型，并且可视化检测工具并且甚至可视化末端执行器上的摄像机的观察区域(视景锥台)的呈现。
[0052]当使用目标物体的坐标系来表示时，可以通过跟踪末端执行器的位置和取向的能力来辅助正被观察的物体的物理环境与同一物理物体的虚拟呈现的这种类型的交互。在一些实施例中，物体可以以一种颜色被强调以向用户示出哪个项目需要被扫描，并且以另一种颜色示出那些已经被扫描的项目。在其他的实施例中，关于物体和环境的附加信息可以在适当登记的三维背景中被显示。仍然在其他的实施例中，计算机控制器24可以产生扫描段的报告，其中三维数据点由控制器以确认所需区域已经被扫描的方式被记录。
[0053]本文中描述的装置和方法的形式不是由本公开涉及的发明所独有的，并且变体可以在那里被形成而不离开本发明的范围。
【权利要求】
1.一种多轴工具，其包括: 适于被放置成与壁中的开口相邻的万向节； 大位移装置，所述大位移装置具有第一和第二端和与所述第一端相邻的末端执行器，所述大位移装置接合所述万向节以便穿过所述开口的相对旋转运动和相对可滑移运动，以致所述末端执行器被放置在所述壁的与所述第二端相反的侧面； 传感器系统，所述传感器系统被配置为测量所述大位移装置相对于所述万向节的线性位置，和所述末端执行器相对于所述开口的位置和空间取向；和 计算机控制器，所述计算机控制器被连接成从所述传感器系统接收信号以确定所述末端执行器相对于所述开口的位置和取向中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的多轴工具，其中所述传感器系统包括安装在所述大位移装置上的惯性测量单元；和激光测量装置、字符串编码器和轮式编码器中的至少一个以追踪所述大位移装置在所述开口内的插入。
3.根据权利要求1所述的多轴工具，还包括: 适应于被放置成与壁中的开口相邻的滑块； 所述万向节包括: 附连至所述滑块并且能够相对于所述滑块滑移和旋转运动的导轨，和 滑移附件环，所述滑移附件环被附连到所述导轨以便相对其枢转和平移运动；并且 所述传感器系统被配置为探测所述导轨沿着所述滑块的纵向位置、所述导轨相对于所述滑块的旋转位置、所述滑移附件环沿着所述导轨的位置、所述滑移附件环相对于所述导轨的枢转位置和所述大位移装置相对于所述万向节的旋转位置。
4.根据权利要求3所述的工具，其中所述传感器系统包括被配置为测量所述导轨沿着所述滑块的纵向位置的第一编码器、被配置为测量所述导轨相对于所述滑块的旋转位置的第二编码器、被配置为测量所述滑移附件环沿着所述导轨的位置的第三编码器、被配置为测量所述滑移附件环相对于所述导轨的枢转位置的位置的第四编码器、被配置为测量所述大位移装置相对于所述滑移附件环的线性位置的第五编码器和被配置为测量所述大位移装置相对于所述滑移附件环的旋转位置的第六编码器中的一个或者更多个。
5.根据权利要求1所述的工具，其中所述末端执行器与所述计算机控制器通信并且由所述计算机控制器控制。
6.根据权利要求1所述的工具，其中所述末端执行器包括摄像机，并且由所述计算机控制器接收的信号被所述计算机控制器使用以确定所述摄像机的位置和取向。
7.根据权利要求6所述的工具，其中所述计算机控制器包括被连接到所述摄像机以显示由所述摄像机发送的图像的显示器。
8.根据权利要求6所述的工具，其中所述计算机控制器包括具有惯性测量单元的手持显示器；和包括储存信息的数据库，所述储存信息关于要被所述摄像机观察的外壳的内部；所述计算机控制器被配置为在所述手持显示器上显示随着所述手持显示器被用户定向而移动的所述内部的虚拟图像。
9.根据权利要求1所述的工具，其中所述大位移装置是管。
10.根据权利要求9所述的工具，其中所述端中的第二端包括适应于由用户抓住的手柄。
11.根据权利要求1所述的工具，其中所述传感器系统包括被附连到所述大位移装置以发送所述大位移装置相对于所述滑移附件环的线性位置的字符串编码器。
12.根据权利要求11所述的工具，其中所述字符串编码器包括在所述滑移附件环和所述大位移装置中的至少一个内的第一磁体；和在所述滑移附件环和所述大位移装置中的另外一个内的第二磁体与铁磁体元件中的一个；所述第一编码器包括被附连到所述第二磁体和所述铁磁体元件中的所述一个的电缆。
13.一种用于检测外壳的内部的方法，所述外壳具有带检测开口的壁，所述方法包括: 提供具有第一和第二端以及与所述第一端相邻的末端执行器的大位移装置； 将所述大位移装置插入穿过所述开口以便所述末端执行器被放置到所述壁的与所述第二端相反的侧面； 用传感器系统探测所述末端执行器相对于所述开口的位置和空间取向；和 确定所述末端执行器相对于所述开口的位置。
14.根据权利要求13所述的方法，其中用所述传感器系统探测包括提供适应于被放置成与壁中的开口相邻的万向节；所述大位移装置接合所述万向节以便穿过所述开口的相对旋转运动、相对枢转运动和相对可滑移运动。
15.根据权利要求14所述的方法，其中用所述传感器系统探测包括: 提供适应于被放置成与壁中的开口相邻的滑块；和 所述万向节被附连至所述滑块以便相对其的线性运动。
【文档编号】G01N21/88GK103969264SQ201310629819
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2013年11月29日 优先权日:2013年1月25日
【发明者】N·R·史密斯, J·J·特洛伊, J·R·科尔戈埃罗, G·E·乔治松, P·S·卢瑟福 申请人:波音公司