CN101379365B - 轮廓偏差获取设备及方法 - Google Patents

Abstract

一种设备，其通过多个布置在基区(1)上形成压杆区(6)的用于在支撑点(8-11)处容置构件(12)的压杆(2-5)、在考虑构件自重的情况下获取挠性构件(12)的期望轮廓与实际轮廓之间的偏差，其中每个压杆(2-5)包括至少一个用于测量作用于所述支撑点处的重力F_m的测力传感器(18-21)，并包括至少一个用于测量压杆(2-5)所行进的行进路径S_m的测距传感器(14-17)。

Description

轮廓偏差获取设备及方法

本申请要求申请日为2006年1月17日的德国专利申请No.102006002093.6的优先权，在此以参引的方式将其内容结合入本文中。

技术领域

本发明涉及一种轮廓偏差获取设备，其通过多个布置在基区上形成压杆区的用于在支撑点处容置构件的压杆、在考虑构件自重的情况下获取挠性构件特别是大型金属板的期望轮廓与实际轮廓之间的偏差，其中每个压杆包括至少一个用于测量作用于支撑点的重力的测重力传感器，并包括至少一个用于测量压杆所行进的行进路径的测距传感器。

此外，本发明涉及一种尤其是通过上述轮廓偏差获取设备来获取和校正构件的期望轮廓与实际轮廓之间的偏差的轮廓偏差获取方法。

此外，本发明涉及一种尤其是通过上述轮廓偏差获取设备来获取构件的期望轮廓与实际轮廓之间的偏差的轮廓偏差获取方法。

背景技术

依据现有技术，迄今为止还不可能在大型和小型的挠性构件上进行不受力的轮廓测量，因为构件的轮廓由于构件的自重、同时取决于其在测量空间中所处的位置而改变。此外，例如通过成型或制造工序在构件中引入的应力会被构件的不利的空间位置所掩盖。因此，随后执行的对准工艺可能不会获得期望的结果。

通常，由于受到的焊接应力，例如用于机身构架、机翼、水平尾翼单元等的焊接蒙皮区在焊接工序之后被扭曲，使得实际的轮廓与期望轮廓有偏差。尽管如此，蒙皮区的中部区域仍然可能处于期望轮廓的区域中。理由之一是蒙皮区的自重，由此可以掩盖轮廓的偏差。

取决于期望轮廓与实际轮廓之间的偏差以受控的方式(例如通过喷丸处理、弯曲工序、轧制工序等)使构件变形的自动对准工序对蒙皮区的中部区域没有影响。在此情形下，仅通过蒙皮区的其它区域的影响来实现轮廓的精确度。然而，如果蒙皮区在空间中的位置改变，则可能因为构件的自重而在特定的情况下再次出现的轮廓偏差可能导致安装困难、或者构件被退回。

发明内容

需要提供一种设备和通过所述设备进行轮廓测量的方法，利用所述设备或方法，可以获取构件的任何轮廓偏差而与构件自重无关，并且如果需要的话可以对这种轮廓偏差进行校正。

这种需要可通过根据本发明第一方面的轮廓偏差获取设备来满足。所述轮廓偏差获取设备通过多个布置在基区上形成压杆区的用于在支撑点处容置大面积挠性构件的压杆、在考虑构件自重的情况下获取所述大面积挠性构件的期望轮廓与实际轮廓之间的偏差，其中每个压杆包括至少一个用于测量作用于所述支撑点处的重力F_m的测力传感器，并包括至少一个用于测量所述压杆所行进的行进路径S_m的测距传感器，其中通过计算单元能够从构件数据确定每个支撑点的理论重力F_g和/或理论行进路径S_g，其中所述测力传感器和测距传感器连接到所述计算单元，并且所述压杆设计成由所述计算单元控制，并且能够彼此独立地至少基本垂直于所述基区行进，所述压杆能够相对于所述基区大致平行地彼此独立地手动定位和固定。

因为通过计算单元可从构件数据来确定每个支撑点的理论重力F_g和/或理论行进路径S_g，其中测力传感器和测距传感器连接到计算单元，且压杆设计成由计算单元控制，并且可彼此独立地至少基本垂直于基区移动，不管构件的自重如何，都能够精确地确定挠性构件的实际轮廓和期望轮廓之间的偏差。此外，通过依据本发明的方法，所述设备可以确定构件每个点处的任何轮廓偏差，其中可实现的空间分辨率仅由具有测力传感器和测距传感器的压杆的数量或密度限定。

依据本设备的一个有利的实施方式，压杆可以相对于基区大致平行地彼此独立地手动定位和固定。由此，设备可以容易地与各种不同几何设计的构件相适配。

依据另一个有利的实施方式，构件包括至少两个带，每个带包括至少一个导引孔。此实施方式确保了构件在基区上的规定的初始对准或初始定位。

根据另一个有利的实施方式，作为构件的支撑点的压杆特别地包括吸盘和/或橡胶缓冲器。这确保了构件在压杆上的防滑连接。除了支撑所述构件的重力之外，吸盘的应用还可以将拉力和压力传递到构件上，例如通过压杆来实现构件轮廓的直接改变。

此外，依据本发明第二方面，本发明的目的通过包括下列步骤的方法实现：

-通过构件数据来确定各支撑点处的构件的理论重力F_g，

-移动压杆直到获得期望的构件轮廓，

-将构件置于压杆上，

-测量作用在各压杆的支撑点处的重力F_m，

-比较测得的重力F_m以及理论重力F_g，其中差异表示构件轮廓中存在偏差。

这使得可以基本上独立于构件自重地获取挠性构件的轮廓偏差。此外，由设备支撑的构件例如通过在选择的区域中进喷丸处理可不通过预先抬起和放置在独立的成型设备中就直接地实现了其期望轮廓。在这种布置中，依据本发明的方法与所述设备的结合使得可以检测构件在各构件支撑点处的期望轮廓与实际轮廓之间的偏差，在所述支撑点的下方布置有具有至少一个测力传感器和测距传感器的压杆。

此外，依据本发明第三方面，本发明的目的通过包括下列步骤的另一种方法实现：

-通过构件数据来确定各支撑点处的构件的理论重力F_g，

-将构件置于至少两个压杆上以容置和对准构件，

-移动剩余的压杆从下方抵住所述构件直至支撑点处测得的重力F_m与理论重力F_g大致对应，从而获得构件的实际轮廓，其中进行压杆的各自行进路径S_m的测量，以及

-通过压杆的测得行进路径S_m与基本上对应于构件期望轮廓的理论行进路径S_g之间的比较来确定实际轮廓与期望轮廓之间的偏差。

这使得可以在构件的位于压杆上的每个支撑点处测量挠性构件的轮廓偏差。与依据本发明第二方面的方法相反，在本设置中，挠性构件首先置于例如使用四个压杆形成的“辅助支撑”上。相对于基区，剩余的压杆仍然位于基位而不与构件接触。随后，为了确定期望轮廓与实际轮廓之间的偏差，压杆从下方朝构件移动。

在其它的权利要求中示出所述设置的其它有利实施方式。

附图说明

附图示出：

图1为依据本发明的、用于实施本发明方法的设备的侧视图，

图2为用于构件的初始对准或初始定位的辅助设备的第一实施变例的俯视图，以及

图3为这种辅助设备的第二实施变例的概略性俯视图。

具体实施方式

在附图中，相同的结构元件具有相同的参考标号。

图1为用于实施依据本发明的方法的设备的概念图。

为了简化起见，仅在基区1上示出四个压杆2到5。布置在基区1上的四个压杆2到5形成一个还垂直于附图平面——即平行于坐标系7的z方向——延伸的压杆区6。取决于需要检查轮廓偏差的构件的尺寸，可能需要包括高达500个压杆的压杆区来进行测量。一般而言，压杆布置成基本上均匀地彼此隔开，并布置在基区1上，从而大致呈阵列的形状分布于所述基区1上。压杆区6中的压杆之间的距离典型地在200mm到1000mm之间。

每个压杆2到5包括用于支撑构件12的支撑点8到11。支撑点8到11可以是例如橡胶缓冲器或吸盘，从而确保防滑地支撑构件12。压杆2到5可沿坐标系7的x方向和y方向自由地定位在基区1上(平行于所述基区)，并且能够相应地固定。由此，依据本发明的设备可适于各种构件的几何形状。

构件12可以例如是大面积的挠性金属板，特别是由铝合金制成的用于机身构架、机身外壳、机翼、水平尾翼单元或垂直尾翼单元的蒙皮面板。这些金属板可包括用于增强的加强型材(纵梁)。基本上，设备或两个方法变例也适用于由CFP材料制成的构件。此外，依据发明的设备或方法变例绝不限于在板状物体上进行测量。相反，构件12也可涉及甚至用于增强各种蒙皮区域的线状构件，例如支撑件、异形支撑件、纵梁、加强元件等。

压杆2到5可包括例如液压缸或气压缸。作为一种可选方案，压杆2到5还可通过齿条及小齿轮驱动装置或通过螺纹轴操作。在计算单元13的控制下，压杆2到5可沿坐标系7的z方向独立地移动或定位，并可因此几乎可以匹配构件12的任何轮廓或表面几何形状。

每个压杆2到5可包括测距传感器以及测力传感器。为了增加测量精度，也可以为每个压杆设置多于一个的测距传感器和/或测力传感器。通过四个测距传感器14到17，计算单元13可测量压杆2到5沿z方向行进的各个路径。各个压杆2到5的这些测得的沿z方向的路径在下文缩写成变量S_m，其中在所示的实施方式中具有四个测量值。此外，四个测力传感器18到21可以测量由受支撑构件12作用在支撑点8到11上的重力。在下文中，在支撑点8到11处测得的重力缩写成变量F_m，其中在所示的实施方式中总共有四个测量值。测距传感器和测力传感器的数量依据压杆区中实际存在的压杆数量而增加。

测得的行进路径S_m以及确定的重力F_m传递到计算单元13以进行进一步处理。通过控制线22，计算单元13可以改变或者控制每个独立压杆2到5的行进路径。

此外，构件12的多个构件数据23储存在计算单元13中。在此布置中，构件数据23特别地包括构件12的几何形状数据及与构件12的材料特性相关的数据，例如所用材料的密度和类型。几何形状数据例如可以是在构件12的构造过程中无论如何都会产生的构件12的完整的CAD数据。最后，计算单元13中储存有真实构件12的数字化图像，该数字化图像反映了真实构件12的所有基本物理参数。

基于构件数据23，因此可以通过计算单元13来数值计算为了获得期望的轮廓构件12必须在各支撑点8到11处施加的理论重力F_g1...4。此外，如果需要，这些数值确定的重力由缩写的变量F_g表示。相应地，通过构件数据23，还可以计算行进路径S_g1...4(例如将基区1作为参照)，压杆2到5必须在z方向上沿所述行进路径S_g1...4移动或行进以精确地表现构件12的期望轮廓。为了简单起见，在下文中，这些行进路径S_{g1... 4}也用缩写的变量S_g表示。

由测力传感器18到21确定的测量值F_m通过数据线24输入到计算单元13以进行进一步处理。压杆2到5的支撑点8到11的、由测距传感器14到17测量的距离或行进路径S_m通过数据线25相应地传递到计算单元13。计算单元13可以例如是常规的个人计算机(PC)、过程控制计算机、特殊的测量硬件等。此外，计算单元13可包括特别是用于测得重力F_m、行进路径S_m和构件数据23的图形化2D或3D显示的可视显示设备(没有详细地示出)，例如监视器、图像输出单元、条形图显示器、数字和/或模拟显示器。此外，计算单元13包括依据现有技术的已知输入设备。

作为示意性俯视图的图2和图3示出辅助设备的两个变例，构件12可通过所述辅助设备初始地对准或定位在设备的基板1上。为此，两个带26和27布置在构件12的端部并相对于构件12的纵轴对称。带26和27的数量和沿构件12外轮廓的定位可不同于所示布置。在每种情形下，导引孔28、29布置于带26和27上。

在依据图2的第一实施方式中，在基区1上具有两个作为辅助设备的、带有导引销(没有详细示出)的接收器30、31。为了相对于基区1初始地对准或定位构件12，这些导引销能以形状配合锁定的方式插入导引孔28、29。

在依据图3的第二实施变例中，两个横梁32、33布置或附连于前压杆3、4以及后压杆(未标示)上。横梁32、33可通过适当的连接元件牢固地连接到压杆3、4或后压杆(未标示)，或者可由前者以形状配合锁定的方式简单地支撑。决定性的是横梁32、33和压杆之间的连接基本上没有任何游隙，从而允许高的制造公差。此外，压杆和横梁之间的连接必须设计成可以在需要时容易地拆开。导引销(为了清楚显示而没有示出)布置在横梁32、33上，所述导引销指向朝上并能以形状配合锁定的方式(没有游隙)插入带26、27的导引孔28、29。

辅助设备的第二实施变例相对于第一实施方式的优点在于：不同几何尺寸或轮廓的构件可通过单个设备对准或定位，而在第一实施变例中，在基区1通常需要的特殊的接收器。

可通过与所示两个实施变例不同的方式来构思其它用于相对于基区1初始地对准或定位构件12的辅助设备。

为了清楚起见，参照代表了来自于压杆区6的多个剩余压杆的四个压杆2到5来解释本发明方法的第一实施变例。为了依据权利要求9通过上述设备来执行用于获取及校正挠性构件12的期望轮廓与实际轮廓之间的偏差(期望的表面几何形状与实际的表面几何形状之间的偏差)的方法，压杆2到5沿z方向初始地定位或移动，使得它们精确地代表构件12的期望轮廓。可能需要另外地沿x方向和y方向定位和固定压杆2到5。在一个可选的实施方式中，也可以通过计算单元13来控制或自动地执行压杆2到5在基区1上的这种沿x和y方向的定位。在接下来的步骤中，构件12放置在压杆2到5上。在此过程中，构件12相对于基区1的初始(大致)对准可根据需要通过图2和3的描述的上下文中表述的辅助设备之一进行。

随后，在压杆2到5中通过测力传感器18到21在支撑点8到11处实际确定的重力F_m通过数据线4传递到计算单元13以进行进一步处理。

在下一步骤中，在计算单元13中，比较已经在支撑点8到11处测量的重力F_m1...4和在计算单元13中预先地或同时地测量的理论重力F_{g1... 4}，如果构件12中没有轮廓偏差，则一定会产生所述理论重力F_g1...4。

例如，如果已经在支撑点8到11处测量的重力F_m1，4大于在这些支撑点计算出的理论期望重力F_g1，4，则构件12的实际轮廓与预定的期望轮廓之间存在偏差。

此外，这种比较也可以得出有关构件偏差的类型、位置和大小的定性结论。在如图1所示的实施方式中，构件12的轮廓必须与图1的虚线大致对应，因为力的比较示出在支撑点8，11处测得的重力F_m1，4大于这些点处的计算出的、从而是期望的重力F_g1，4。因此，当与构件12的期望轮廓(实线)相比时，构件12的以虚线示出的实际轮廓的半径过大(虚线的方向箭头)，并且如果需要则必须重新加工，直至半径被相应地减少。

为了重新加工或校正所示的轮廓偏差，原理上，构件12可保留在压杆区16上。在此情形中，在持续地监测测得的重力F_m1...4并与理论重力F_g1...4作比较的情况下，构件12的半径可例如通过喷丸处理或相似的工序递减地减少，直到获得构件12的期望轮廓(实线)。

作为可选方式，构件12轮廓偏差的校正也可在独立的轧制设备、弯曲设备等中进行。然而，在此情形中，构件12必须卸下压杆区6，其在重新定位以重新检查构件12的期望轮廓与实际轮廓之间的其余偏差的情形下导致位置的变化，这又可能导致进一步的测量误差。

为了清楚起见，还是参见代表了来自于压杆区6的多个剩余压杆的四个压杆2到5来解释本发明方法的第二实施变例。为了依据权利要求12通过上述设备来执行用于获取挠性构件12的期望轮廓与实际轮廓之间的偏差(期望的表面几何形状与实际的表面几何形状之间的偏差)的方法，所有的压杆2到5首先相对于基区1移动到初始位置。随后，例如压杆3、4沿z方向移动限定量S_m3，4以相对于基区1初始地定位构件12。在这个过程中，图2、3的描述的上下文中表述的两个辅助设备都可用于相对于基区1初始定位构件12。其后，通过构件数据23计算支撑点8、11处预计的理论重力F_g1，4。此外，从构件数据23推导出直到获得期望的构件12轮廓为止所需要的理论行进路径S_g1，4。作为可选方式，这些计算也可预先进行。

其后，剩余压杆2、5从下方顶着受支撑的构件12移动，直至压杆2、5的支撑点8、11处测得的重力F_m2，5大致上与相关的计算重力F_g2，5一致，且获得了构件12的预定期望轮廓(期望的表面几何形状)。在大型构件的情形下，为此目的，通过计算单元13控制压杆区的、除用于给构件提供初始支撑的压杆之外的所有压杆沿z方向移动(重新调节)从下方顶住构件12，直到各支撑点测得的重力F_m与预先或同时计算出的重力F_g大致对应。在测得的重力F_m与计算出的重力F_g之间的这种比较中，应当考虑测距传感器14到17、测力传感器18到21的测量不精确度以及压杆2到5的定位精度，使得对它们符合程度的要求不太严格。

最后，为了获得构件12的期望轮廓，通过比较压杆2、5的测量行进路径S_m2，5与预先或同时确定的理论行进路径S_g2，5来确定构件12中可能存在的任何轮廓偏差。

本发明方法可以快速及可靠地确定构件12的特定期望轮廓与构件12的确定实际轮廓之间的任何偏差(特定期望表面几何形状与测得的实际表面几何形状之间的偏差)，其中，依据本发明，可以基本上完全补偿任何由于挠性构件12自重引起的变形。此补偿基本上可通过测量构件12的各支撑点处的重力F_m和/或行进路径S_m、以及比较各支撑点处的通过构件数据23确定的理论重力F_g和/或理论行进路径S_g来进行。

特别地，在大型片状构件12的情形中，可能需要增加压杆区6中的可由计算单元13控制的压杆数量，总数可高达500，由此，当与为了清楚起见仅仅通过四个压杆2到5以示例方式描述的设备相比时、或者当与两个上述的方法变例相比时，测量和调节费用或控制费用明显地增加。

在构件12基本上呈刚性或至少仅略微呈挠性的情形下，本发明的方法原则上不适用。

参考标号列表

1     基区

2     压杆

3     压杆

4     压杆

5     压杆

6     压杆区

7     坐标系

8     支撑点

9     支撑点

10    支撑点

11    支撑点

12    构件

13    计算单元

14    测距传感器

15    测距传感器

16    测距传感器

17    测距传感器

18    测力传感器

19    测力传感器

20    测力传感器

21    测力传感器

22    控制线

23    构件数据

24    数据线

25    数据线

26    带

27    带

28    导引孔

29    导引孔

30    接收器

31    接收器

32    横梁

33    横梁

Claims (12)

1.一种轮廓偏差获取设备，其通过多个布置在基区(1)上形成压杆区(6)的用于在支撑点(8-11)处容置大面积挠性构件(12)的压杆(2-5)、在考虑构件自重的情况下获取所述大面积挠性构件(12)的期望轮廓与实际轮廓之间的偏差，其中每个压杆(2-5)包括至少一个用于测量作用于所述支撑点处的重力F_m的测力传感器(18-21)，并包括至少一个用于测量所述压杆(2-5)所行进的行进路径S_m的测距传感器(14-17)，其中通过计算单元(13)能够从构件数据(23)确定每个支撑点(8-11)的理论重力Fg和/或理论行进路径S_g，其中所述测力传感器(18-21)和测距传感器(14-17)连接到所述计算单元(13)，并且所述压杆(2-5)设计成由所述计算单元(13)控制，并且能够彼此独立地至少基本垂直于所述基区(1)行进，所述压杆(2-5)能够相对于所述基区(1)大致平行地彼此独立地手动定位和固定。

2.如权利要求1所述的轮廓偏差获取设备，其中所述大面积挠性构件(12)包括至少两个带(26，27)，每个所述带包括至少一个导引孔(28，29)。

3.如权利要求2所述的轮廓偏差获取设备，其中至少两个横梁(32，33)能够布置在至少两个压杆(3，4)上以容置和对准所述大面积挠性构件(12)，其中所述至少两个横梁各自包括至少一个导引销，所述导引销能够插入所述导引孔(28，29)。

4.如权利要求2所述的轮廓偏差获取设备，其中通过至少一个用于对准所述大面积挠性构件(12)的导引销，适应于相应的大面积挠性构件(12)的至少一个接收器(30，31)能够定位在所述基区(1)上，其中所述导引销能够插入所述带(26，27)的导引孔(28，29)中以容置和定位所述大面积挠性构件(12)。

5.如权利要求1至4中任一项所述的轮廓偏差获取设备，其中作为所述大面积挠性构件(12)的支撑点(8-11)的所述压杆(2-5)包括吸盘和/或橡胶缓冲器。

6.如权利要求1至4中任一项所述的轮廓偏差获取设备，其中所述压杆(2-5)包括致动缸、液压缸或气压缸。

7.如权利要求1至4中任一项所述的轮廓偏差获取设备，其中所述压杆(2-5)包括主轴传动机构和/或齿条及小齿轮传动机构。

8.一种轮廓偏差获取方法，其通过如权利要求1至7中至少之一所述的轮廓偏差获取设备来获取及校正大面积挠性构件(12)的期望轮廓与实际轮廓之间的偏差，所述方法包括以下步骤：

a)通过构件数据(23)来确定各支撑点(8-11)处的大面积挠性构件(12)的理论重力F_g，

b)移动压杆(2-5)直到获得所述大面积挠性构件(12)的期望轮廓，

c)将所述大面积挠性构件(12)置于所述压杆(2-5)上，

d)测量作用在各压杆(2-5)的支撑点(8-11)处的重力F_m，

e)比较测得的重力F_m和理论重力F_g，其中差异表示所述大面积挠性构件(12)的轮廓中存在偏差。

9.如权利要求8所述的轮廓偏差获取方法，其中如果轮廓中存在任何偏差，则改变所述大面积挠性构件(12)的轮廓直至所述支撑点(8-11)处测得的重力F_m与所述理论重力F_g基本一致，并实现所述大面积挠性构件(12)的期望轮廓。

10.如权利要求8或9所述的轮廓偏差获取方法，其中通过所述大面积挠性构件(12)的机械变形来实现所述大面积挠性构件(12)的轮廓改变。

11.如权利要求8或9所述的轮廓偏差获取方法，其中通过喷丸处理和/或轧制来实现所述大面积挠性构件(12)的轮廓改变。

12.一种轮廓偏差获取方法，其通过如权利要求1至7中至少之一所述的轮廓偏差获取设备来获取大面积挠性构件(12)的期望轮廓与实际轮廓之间的偏差，所述方法包括以下步骤：

a)通过构件数据(23)来确定支撑点(8-11)处的大面积挠性构件(12)的理论重力F_g，

b)将所述大面积挠性构件(12)置于至少两个压杆(3，4)上以容置和对准所述大面积挠性构件(12)，

c)移动剩余的压杆(2，5)从下方抵住所述大面积挠性构件(12)直至所述支撑点(8-11)处测得的重力F_m与所述理论重力F_g基本对应，从而获得所述大面积挠性构件(12)的实际轮廓，其中进行所述压杆(2，5)的各自行进路径S_m的测量，以及

d)通过压杆(2，5)的测得行进路径S_m以及基本对应于所述大面积挠性构件(12)期望轮廓的理论行进路径S_g之间的比较来确定所述大面积挠性构件(12)的实际轮廓与期望轮廓之间的偏差。

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