專利名稱：測量飛行器結構板上形狀異常的方法和實施該方法的系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種測量飛行器的板上的形狀異常的方法。本發明還涉 及一種實施該方法的便攜式系統。該系統和該方法涉及在板的制造、多個 板的組裝或飛機使用時對板的撞擊形成的異常。本發明應用于形狀異常測量領域，特別是測量大尺寸結構板如飛行 器結構的結構板的形狀異常。
背景技術：
建造飛行器時，傳統上是用多個互相組裝的板形成飛行器。特別是 有機翼板、機身板、垂直尾翼板等。幾個板組裝時，可能會發生一個板的 幾何形狀與需要與其組裝的其它板的幾何形狀不完全對應。例如， 一個板 的厚度可能與設在其它板之間使其能夠很容易地插入的空間不完全對應。在這些情況下，實現安裝的操作者有兩種可能—或者將不合適的板送回制造車間，以便對其重新加工，這可能需 要比較長的時間，因此推遲組裝期限；—或者用力組裝，這可能導致其中一塊板變形。 因此產生在板的組裝期間導致的形狀異常或形狀不規則。還可能發生這樣的情況板的表面在制造時不完全是平面，或者在 從制造廠到組裝廠之間進行運輸時受到碰撞。飛行器使用時也可能產生形狀異常，例如在與飛禽碰撞后。無論其起因如何，根據形狀異常的位置和尺寸，形狀異常可能具有 飛行器安全和/或飛行器外觀方面的后果。飛行器的維修操作者或組裝操作者一般可以用肉眼發現存在形狀 異常。當發現異常時，應確定該異常的尺寸，以確定它可能造成的后果， 并決定對其進行矯正。現在不存在任何自動確定異常尺寸即測量異常的幾何形狀的方法。現在，通過操作者手工評價形狀異常。手工評價形狀異常的技術之一是使 熱蠟流到板的變形部分中，使蠟變干，直到蠟固化，然后使蠟脫模，以得 到形狀異常的印痕。然后可以從該印痕得出異常的尺寸。這種方法比較不 準確，因為尺寸是從形狀異常的印痕得到，而不;1從形狀異常本身得到。 另外，該方法很麻煩，并且很難在現場(在原位)進行，特別是在形狀異 常位于不易到達的地方時，例如在機身的頂板或者在垂直板上時。在頂板 和垂直板上，溶化的蠟在凝固前容易沿板流動。人們另外知道一些用于測量變形的方法。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 用應用于實驗力學的立體相關進行3D變形測量"，第10屆FIG變形測量 國際研討會，美國加州奧蘭治，2001年3月)中描述了其中一個建立在 圖像立體相關基礎上的方法。該方法提出在希望測量變形的零件上畫一個 專門的圖案或標記。畫好圖案后，使該零件承受變形，例如拉伸該零件， 或使其扭轉。畫出的圖案與零件同時變形。測量變形的系統就可以測量圖 案承受的變形，因此測量零件承受的變形。該系統包括兩個CCD照相機， 每個照相機形成一系列變形圖像。更確切地說，每個CCD照相機在整個 零件變形期間得到圖案的一系列圖像。這樣得到的圖像系列經過圖像處理 裝置的處理，該圖像處理裝置利用三角測量的原理重建變形零件的三維圖 形。為此，圖像處理裝置識別每個系列的圖像的所有點，然后在兩個圖像 系列的所有圖像中尋找這些點，最后研究這些點的移動，以確定零件的變 形。但是，該變形測量系統需要在要測量的零件上畫圖案，這在飛行器 板上是不現實的，特別是在飛行器已經使用的情況下，因為之后必須擦掉 該圖案，使得在飛行器上看不見該圖案。實際上，每個航空公司一般都有 該公司專用的標識和特殊裝飾，該標識和裝飾在所有飛機上都應是相同 的。在飛機的某些板上存在圖案或標記妨礙同一公司的飛機的標識和裝飾 的這種相似性。因此很難考慮在具有形狀異常的所有飛機&上畫圖案。發明內容本發明的目的就是克服前述技術的缺點。為此，本發明提出一種自 動測量飛行器結構板上的形狀異常的方法，該方法不需要在該板上畫任何圖案。該方法提出通過研究投影到板表面的圖案的點的位置測量板的形 狀。根據該方法，在要檢驗的板上投影標記圖案，按照板的不同視角形成 該投影圖案的兩個瞬時(即時)圖像，然后通過圖像的立體相關處理這些 圖像。更確切地說，本發明涉及一種測量飛行器結構板上的形狀異常的方法，該方法的特征在于包括以下操作—將標記圖案投影在板異常的位置上； —形成該投影標記圖案的至少兩個圖像；—通過立體相關處理這兩個圖像，以便得到對異常的幾何形狀的測該方法還可包括以下特征中的一個或多個 —瞬時(即時)得到圖像；—通過傳輸連接傳輸圖像，或者將圖像記錄在數字記錄載體上，以 便進行遠程處理。本發明還涉及一種可以實施該方法的系統。該系統包括—能夠將圖案投影到板上的異常位置的投影裝置；—用于分別形成標記圖案的圖像的至少兩個圖像拾取裝置；—處理投影在板上的標記圖案的圖像的處理裝置。該系統還可包括以下特征中的 一個或多個—圖像拾取裝置實現圖像的瞬時(即時)釆集；—該系統包括使投影裝置和圖像拾取裝置同步的部件；—圖像4^取裝置和投影裝置以小于或等于1/60秒的速度同步；—圖像拾取裝置與投影的圖案形成三角形；—該系統包括測距儀；—圖像拾取裝置和投影裝置安^同一4H^支座上； —測距儀安^fr抓握支座上。 一該系統是l更攜式的和自動的。—圖像處理部件安裝在抓握支座上，并且與圖像拾取裝置連接。—圖像處理部件位于遠處，并且能夠通過傳輸連接或通過數字記錄載體接收投影標記圖案的圖像；—圖4象"^取裝置是數字照相i殳備； —圖像拾取裝置是矩陣照相機。
圖1圖示了根據本發明測量飛機板上的形狀異常的系統的一個例子。圖2A和2B圖示了具有形狀異常的飛行器雷達天線罩的例子和用本 發明的方法得到的該異常的圖像。圖3圖示了用本發明的方法得到的異常測量結果的例子。
具體實施方式
本發明提出一種測量飛行器板上的形狀異常的方法，該方法中，將 標記圖案投影到要處理的板上，即存在要測量的形狀異常的飛機板上。用 不同視角形成該標記圖案的圖像。然后根據立體相關技術處理這些圖像。 正如下面將詳細解釋的，立體相關技術可以從二維圖像出發通過三角測量 重建變形物體的三維圖像。本發明還提出一種可以實施該方法的測量形狀異常的系統。該系統 包括兩個圖像拾取裝置，它們可以按照不同視角拾取同一物體的圖像。根 據本發明，所考慮的物體是包括要測量的形狀異常的飛行器板。因此圖像 拾取裝置的安裝使其與投影在要處理的異常上的標記圖案形成三角形。本發明的測量系統另外包括將標記圖案投影在要處理的板上的裝 置。標記圖案是由一組大小不同、相互并排、隨機布置的黑點和白點構成 的斑點圖案(mouchetis)。根據本發明，該標記圖案投影在要處理的板上 的形狀異常處。換句話說，該標記圖案投影在板的包括形狀異常的區域。圖像拾取裝置中的每一個形成投影在板的形狀異常上的標記圖案 的圖像。在本發明的一個實施例中，在預定的時間間隔內(不是在一個時 間點上，即在若干秒甚至若干分鐘的連續時間間隔內)投影標記圖案。在 該時間間隔的過程中形成投影在形狀異常上的標記圖案的圖像。在本發明 的一種優選實施例中，標記圖案投影裝置與圖<象#^取裝置同步，這樣可以在標記圖案投影到要處理的板上的同一時刻形成圖像。這種同步以使記錄 的圖#4艮清晰的速度實現，即沒有模糊不清，也不需要將該系統放在任何三腳架類型的支架上。例如可以以小于或等于1/60秒的同步時間實現這 種同步。為了實施該優選實施例，圖像拾取裝置最好安裝在同一抓握支座 上。該系統的一個例子示于圖1。在該例中，抓握支座l是例如鋁制的框 架，投影裝置3固定在該框架上，圖像拾取裝置2a和2b在所述投影裝置 3的兩側固定在該框架上。投影裝置3位于框架的平面P中，在框架的中 心，使得標記圖案沿與框架平面P垂直的投影方向X投影到板5的形狀 異常6上。圖像拾取裝置2a和2b不在框架平面P中，使它們的取景方 向不與投影方向X平行。更確切地說，圖像拾取裝置2a和2b的取景方 向與框架平面P形成三角形，要測量的異常6形成三角形的頂部。圖像拾取裝置在框架l中的位置，特別是圖像拾取裝置相對于框架 平面P的傾斜角可以根據異常的面積和抓握支座相對于具有異常的板的 距離而變化。在圖l的例子中，系統可以測量距離大約為lm到1.5m和 大約600x400x200mm3的空間內的異常。圖像拾取裝置2a和2b可以是數字照相設備或能夠在要處理的板上 形成投影的標記圖案的瞬時(即時)圖像的矩陣照相機。瞬時(即時)圖 像是指分別由不同的圖像拾取裝置在同 一給定時刻例如在標記圖案投影 的時刻形成的兩個圖像。這些圖4象拾取裝置例如可以形成1000xlOO(H象素 的圖像。對測量所需圖像的采集(稱為測量采集)是瞬時(即時)實現的。在本發明的一種優選實施例中，該系統包括測距儀4或其它任何可 以很容易地評價系統與要測量的板之間距離的裝置。該測距儀4可以與圖像拾取裝置2a和2b和投影裝置3連接，并且與這些裝置同步，從而實現 這些裝置的自動化對焦，以便得到投影標記圖案的清晰圖像。該測距儀4 也可安^4抓握支座的框架1上，在框架平面P內，例如在所述框架1 的中心。本發明的測量系統另外包括通過立體相關處理這些圖像的裝置。圖 1中未圖示的處理裝置的安裝可以遠離抓握支座1。在這種情況下，圖像 可以記錄在圖像記錄栽體上，以便以后進行遠程處理。例如該記錄載體可 以是存儲卡，如目前的數字照相設備使用的存儲卡，或者是USB盤。圖 像也可通過藍牙無線連接或Wi-Fi連接傳輸給圖像處理裝置。因此操作者 可以在機場攜帶裝有投影和圖像拾取裝置的抓握支座移動，以便在正在服役的飛機上對一個或幾個異常進行拍照，然后在遠離機場的辦公室內對這 些圖像進行后處理。在另一變型中，處理裝置微型化到足以安裝在抓握支座上。則可以 在所涉及的飛機附近和大約幾分鐘的最短時間內在現場實現整個拍照和 處理過程。該變型的優點是使用者可以例如在拍照有問題的情況下(例如 拍照不夠清晰，或者標記點沒有足夠的代表性等)重新開始操作。無論圖像處理裝置放置在哪里，它都能保證通過立體相關根據兩個 不同拍照角度處理兩個同一時刻得到的標記圖案的圖像。該處理在于研究 標記圖案的不同點的空間分布。由于標記圖案的點在要測量的板的表面， 因此該板在三維空間的幾何形狀得到測量。因此可以得出該板的形狀異常。可以以沿X、 Y、 Z軸的傳統三維呈現的形式得到板的幾何形狀的圖 像。也可以以沿X、 Y軸的二維呈現加上用顏色來表示Z維度的形式得到 所述圖像。在這種情況下，對應于異常的深度的Z維度用色卡中的與深 度標尺相關聯的不同顏色表示。色卡的顏色選擇由操作者從圖像處理裝置 確定。圖2A圖示了飛機雷達天線罩7上的形狀異常的一個例子。圖2B 圖示了用本發明的方法得到的該形狀異常的圖像的例子。更確切地說，圖 2A示意性圖示了飛機頭部的雷達天線罩7,該雷達天線罩有圖示在矩形 框中的長線形狀的加固件dl。該加固件dl構成一形狀異常。圖2B圖示 了用本發明的方法得到的帶有該加固件dl的雷達天線罩的圖像。該圖像 顯示了天線罩的具有不同深度級的整體形狀，每個深度級用 一種不同的顏 色表示。圓形中心區C1與雷達天線罩7的尖端8相對應，其深度級最小。 圓形區C2、 C3等對應于雷達天線罩的不同深度間隔。在該圖2B中看到 該圖像的圓形區內存在不連續d。該不連續d2形成以偏心方式穿過圖像 的圓形區的長線^。該不連續d2對應于圖2A的雷達天線罩7上的加 固件dl。圖3表示可以用本發明的方法得到的三維圖像的示意例子。該圖像包 括一個二維網格，在X、 Y軸上帶有用mm表示的度量值。該圖^ii包括 形狀異常的顯示，即多個對應于形狀異常的不同深度級的顏色層的斑塊 T。該圖^ii包括給出不同顏色和深度級之間的對應關系的色卡N。在該 圖4象例子中，斑塊的兩個外顏色層C10和Cll表示0-0.5111111之間的異常 深度，顏色C12的深度為0.5-lmm，顏色C13的深度為1.5-2mm，顏色 C14的深度為2.5-3mm，顏色C15的深度為3.5-4mm。因此該斑塊T表常的深度。可以從中得出異常的尺寸，即異常的長 度、寬度和深度。對幾平方厘米的表面，用該方法得到的深度誤差約為50微米。在圖3的圖像例子中，標記點R可以識別異常在板上的確切位置。 在該例中，標記R相當于板上的鉚釘位置。為了得到這些標記點，用足夠大的視野形成板的包含異常的區域的瞬 時(即時)標記圖案圖像，使這些圖像顯示出異常的周圍環境。如前所述，標記圖案投影裝置和要處理的板上的所述標記圖案的圖像 拾取裝置可以安裝在抓握支座的框架上。該框架最好由一種輕型材料制 成，這樣可以實現便于地面操作人員攜帶的便攜式自動系統。該系統的重 量可以足夠輕，例如小于4kg，并且不需要使用任何三腳架類的支撐裝置。 投影裝置和圖像拾取裝置的同步還可使該系統容易操作。操作者可以將系 統拿在手中直接實現圖像拾取，這樣可以很容易地處理不易到達的地點， 如機身上部或飛行器的垂直板。
權利要求
1.一種測量飛行器結構板(5)上的形狀異常(6)的方法，其特征在于包括以下操作-將由一組相互并排、隨機分布、大小不同的黑白斑點構成的標記圖案投影在板(5)的異常(6)位置上；-形成該投影的標記圖案的至少兩個圖像；-通過立體相關處理這兩個圖像，以實現對異常的幾何形狀的測量。
2. 如權利要求l所述的方法，其特征在于即時獲得所述圖像。
3. 如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，圖^it過傳輸連接 傳輸，或者存在數字記錄載體上，以便進行遠程處理。
4. 一種測量飛行器結構板(5)上的形狀異常(6)的系統，其特征 在于該系統包括—用于將由一組相互并排、隨機布置、大小不同的黑白斑點構成的標 記圖案投影在板(5)的異常(6)位置上的投影裝置(3);—用于分別形成標記圖案的圖像的至少兩個圖像拾取裝置(2a、 2b) 標記；一處理標記圖案的所述圖像的圖像處理裝置。
5. 如權利要求4所述的系統，其特征在于，圖像拾取裝置(2a、 2b) 即時實現圖〗象釆集。
6. 如權利要求4或5所述的系統，其特征在于，該系統包括使投影 裝置(3)和圖像拾取裝置(2a、 2b)同步的同步裝置。
7. 如權利要求6所述的系統，其特征在于，圖像拾取裝置和投影裝 置以小于或等于1/60秒的速度同步。
8. 如權利要求4-7之任一項所述的系統，其特征在于，圖像拾取裝 置的放置使其與投影的標記圖案形成三角形。
9. 如權利要求4-8之任一項所述的系統，其特征在于，該系統包括 測距儀(4 )。
10. 如權利要求4-9之任一項所述的系統，其特征在于，圖像拾取裝 置和投影裝置安^同一4rt支座(1)上。
11. 如權利要求10所述的系統，其特征在于，測距儀(4)安裝在抓 握支座(1)上。
12. 如權利要求1-11之任一項所述的系統，其特征在于，該系統是 ^更攜式的和自動的。
13. 如權利要求10-12之任一項所述的系統，其特征在于，圖像處理 裝置安M抓握支座(1)上，并且與圖像拾取裝置連接。
14. 如權利要求4-11之任一項所述的系統，其特征在于，圖像處理 部件處于遠處，并能夠通過傳輸連接或數字記錄載體接收投影的標記圖案 的圖像。
15. 如權利要求4-14之任一項所述的系統，其特征在于，圖4象拾取 裝置是數字照相設備。
16. 如權利要求4-14之任一項所述的系統，其特征在于，圖像拾取 裝置是矩陣照相機。
全文摘要
本發明涉及一種測量飛行器結構板(5)上的形狀異常(6)的方法，包括以下操作將由一組相互并排、隨機布置、大小不同的黑白斑點構成的標記圖案投影在板(5)的異常(6)位置上；形成該投影標記圖案的至少兩個圖像；通過立體相關處理這兩個圖像，以實現對異常的測量。本發明還涉及一種用于實施該方法的系統，該系統包括用于將由一組相互并排、隨機布置、大小不同的黑白斑點構成的標記圖案投影在板(5)的異常(6)位置上的裝置(3)；分別能夠形成所述標記圖案的圖像的至少兩個圖像拾取裝置(2a、2b)；以及處理標記圖案的所述圖像的裝置。
文檔編號G01B11/24GK101233387SQ200680027454
公開日2008年7月30日 申請日期2006年7月24日 優先權日2005年7月26日
發明者尼古拉斯·富尼耶 申請人:空中客車法國公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
