CN110196571A - 使用计算机数控系统用于移动来进行激光扫描器扫描 - Google Patents

使用计算机数控系统用于移动来进行激光扫描器扫描 Download PDF

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Abstract

使用计算机数控系统用于移动来进行激光扫描器扫描。随着计算机数控(CNC)龙门机床的平台相对于零件移动用激光扫描器扫描零件的第一表面以形成扫描数据，其中激光扫描器连接到计算机数控(CNC)龙门机床的平台。使用扫描数据来确定第一表面与第一表面的设计之间的差异。

Description

使用计算机数控系统用于移动来进行激光扫描器扫描
技术领域
本公开总体上涉及制造，更具体地，涉及允许在制造中减小两个零件之间的间隙。更具体地，本公开涉及一种用于扫描零件以减小该零件与第二零件之间的间隙的设备和方法。
背景技术
在飞行器制造中，可在零件之间的间隙内放置垫片(slim)。例如，可在面板与肋或连接到面板的翼梁之间放置垫片。放置和制造垫片花费操作者时间和专业知识。
目前，为了检查大的零件，将检查工具带到制造区域中。检查工具的设置和操作使用了操作者时间和专业知识。检查时间增加了零件的制造周期时间。检查的准确性影响检查时间。
因此，将期望的是有一种考虑了至少一些上述问题以及其它可能的问题的方法和设备。例如，将期望的是提供一种用减少的检查时间或减少的操作者时间中的至少一方检查大的零件的方法和设备。
发明内容
本公开的例示性实施方式提供了一种方法。随着计算机数控(CNC)龙门机床的平台相对于零件移动利用激光扫描器描述零件的第一表面以形成扫描数据，其中激光扫描器连接到计算机数控(CNC)龙门机床的平台。使用扫描数据确定第一表面与第一表面的设计之间的差异。
本公开的例示性实施方式提供了一种系统。该系统包括激光扫描器、紧固到激光扫描器的连接组件以及在工作上连接到激光扫描器的激光扫描器操作支撑组件。连接组件被配置为将激光扫描器可移除地连接到计算机数控(CNC)龙门机床的平台。激光扫描器操作支撑组件被配置为连接到计算机数控(CNC)龙门机床。
本公开的另一例示性实施方式提供了一种方法。连接组件连接到计算机数控(CNC)龙门机床的平台，其中连接组件被紧固到激光扫描器。计算机数控(CNC)龙门机床的平台相对于零件移动。随着计算机数控(CNC)龙门机床的平台相对于零件移动利用激光扫描器扫描零件的第一表面以形成扫描数据。
本公开的另一例示性实施方式提供了一种方法。激光扫描器连接到计算机数控(CNC)龙门机床。激光扫描器操作支撑组件连接到计算机数控(CNC)龙门机床。计算机数控(CNC)龙门机床的平台相对于零件移动。使用激光扫描器操作支撑组件来控制激光扫描器的操作。随着计算机数控(CNC)龙门机床的平台相对于零件移动利用激光扫描器扫描零件的第一表面以形成扫描数据。
特征和功能可在本公开的各种实施方式中独立地实现或者可在其它实施方式中被组合，其中可参照以下描述和附图看到进一步的细节。
附图说明
在所附权利要求书中阐述了被认为是例示性实施方式的特性的新颖特征。然而，当结合附图阅读时通过参照本公开的例示性实施方式的以下详细描述，将最佳地理解例示性实施方式以及其优选使用模式、进一步的目的和特征，附图中：
图1是根据例示性实施方式的连接到计算机数控(CNC)龙门机床的激光扫描器可扫描零件的制造环境的框图的例示；
图2是根据例示性实施方式的制造环境中包括连接到计算机数控(CNC)龙门机床的激光扫描器的检查系统的正视图的例示；
图3是根据例示性实施方式的制造环境中包括连接到计算机数控(CNC)龙门机床的激光扫描器的检查系统的侧视图的例示；
图4是根据例示性实施方式的具有计算机数控(CNC)龙门机床、激光扫描器和激光扫描器操作支撑组件的制造环境的例示；
图5是根据例示性实施方式的激光扫描器和连接组件的例示；
图6是根据例示性实施方式的两个激光扫描器和连接组件的例示；
图7是根据例示性实施方式的激光扫描器操作支撑组件的例示；
图8是根据例示性实施方式的零件以及基于该零件的第一表面与第一表面的设计之间的差异制造的第二零件的例示；
图9是根据例示性实施方式的零件以及基于该零件的第一表面与第一表面的设计之间的差异制造的垫片的例示；
图10是根据例示性实施方式的减少来自激光扫描器的扫描数据中的噪声的例示；
图11是根据例示性实施方式的计算机数控(CNC)龙门机床的位置更新之间的一些激光脉冲的例示；
图12是根据例示性实施方式的使用激光扫描器扫描零件的方法的流程图的例示；
图13是根据例示性实施方式的使用激光扫描器扫描零件的方法的流程图的另一例示；
图14是根据例示性实施方式的使用激光扫描器扫描零件的方法的流程图的另一例示；
图15是根据例示性实施方式的框图形式的飞行器制造和服务方法的例示；以及
图16是可实现例示性实施方式的框图形式的飞行器的例示。
具体实施方式
例示性实施方式认识到并考虑到一个或更多个不同的考虑因素。例如，例示性实施方式认识到并考虑到期望的是降低制造成本和时间。例示性实施方式认识到并考虑到预测飞行器零件中的垫片可降低制造成本或时间中的至少一方。例示性实施方式认识到并考虑到制造无垫片零件可降低制造成本或时间中的至少一方。例示性实施方式认识到并考虑到预测垫片或制造无垫片零件可极大地减少操作者时间。例示性实施方式认识到并考虑到预测垫片或制造无垫片零件可导致更自动化的工艺。
例示性实施方式认识到并考虑到为了允许垫片预测和无垫片零件制造中的至少一方，期望一种高准确性和高速扫描的方法。例示性实施方式认识到并考虑到为了允许垫片预测和无垫片零件制造中的至少一方，期望的是获得一个或两个配合零件的高度准确和密集的扫描数据。例示性实施方式认识到并考虑到该扫描数据然后可用于预先生成预测垫片。例示性实施方式认识到并考虑到该扫描数据可被用于通过加工第二零件以与第一零件匹配来导致无垫片制造。
例示性实施方式认识到并考虑到随着零件变得非常大，创建期望准确的扫描数据变得更具挑战性。例如，例示性实施方式认识到并考虑到创建飞行器机翼的期望准确的扫描数据可具挑战性。
例示性实施方式认识到并考虑到使用传统激光跟踪仪来扫描大的结构对激光跟踪仪可到达的距离有限制。例示性实施方式认识到并考虑到使用传统激光跟踪仪使用多个设置来扫描大的零件。例示性实施方式认识到并考虑到各个设置耗用(utilize)了操作者时间并且增加了零件的制造周期时间。例示性实施方式认识到并考虑到传统激光跟踪仪系统扫描飞行器机翼可能花费超过八个小时。
例示性实施方式认识到并考虑到传统激光跟踪仪的准确性随着扫描位置距激光跟踪仪的距离增加而降低。例示性实施方式认识到并考虑到传统激光跟踪仪的准确性受温度波动影响。
例示性实施方式认识到并考虑到，当激光检查系统不具有期望分辨率时，通常选择具有更好的准确性和更好的分辨率的不同激光检查系统。
例示性实施方式认识到并考虑到操作者期望设备的设置简单。例示性实施方式认识到并考虑到可能期望的是使制造环境内的诸如电缆、数据传输线缆或其它公用设施线的线缆最小化。
例示性实施方式认识到并考虑到期望的是降低扫描设备的成本。例示性实施方式提供了一种设备和方法，其以期望的准确性和速度获得扫描数据以允许预测垫补(shimming)和大规模无垫片制造中的至少一方。
现在参照附图，具体地，参照图1，根据例示性实施方式描绘了连接到计算机数控(CNC)龙门机床的激光扫描器可扫描零件的制造环境的框图的例示。制造环境100包括激光扫描器102、连接组件104和激光扫描器操作支撑组件106。连接组件104被紧固到激光扫描器102。连接组件104被配置为将激光扫描器102可移除地连接到计算机数控(CNC)龙门机床110的平台108。激光扫描器操作支撑组件106在工作上连接到激光扫描器102并且被配置为连接到计算机数控(CNC)龙门机床110。
通过将激光扫描器102连接到计算机数控(CNC)龙门机床110，利用计算机数控(CNC)龙门机床110的移动来使激光扫描器102在制造环境100内移动。在使用激光扫描器102进行检查之前可使用计算机数控(CNC)龙门机床110进行制造工艺。
通过将激光扫描器102连接到计算机数控(CNC)龙门机床110，充分利用预先存在的移动系统。通过将激光扫描器102连接到计算机数控(CNC)龙门机床110，可将零件111相对于计算机数控(CNC)龙门机床110的分度(index)应用于激光扫描器102。通过将激光扫描器102连接到计算机数控(CNC)龙门机床110，用于激光扫描器102的附加移动系统不被带到制造环境100中。
通过将激光扫描器102连接到计算机数控(CNC)龙门机床110，实现期望高的全局准确性和期望高的精度。通过将激光扫描器102连接到计算机数控(CNC)龙门机床110，可实现大于独立计量系统的全局准确性。通过将激光扫描器102连接到计算机数控(CNC)龙门机床110，激光扫描器102可以是改造的一部分。尽管描绘了计算机数控(CNC)龙门机床110，激光扫描器102可连接到任何期望的CNC系统。
连接组件104包括分度部件112和适配板114。激光扫描器102在适配板114处紧固到连接组件104。分度部件112被配置为可重复地相对于计算机数控(CNC)龙门机床110的平台108对激光扫描器102进行分度。分度部件112具有足够的准确性以允许附接到计算机数控(CNC)龙门机床110的激光扫描器102的单次校准作为可重用校准116能够应用于激光扫描器102对计算机数控(CNC)龙门机床110的每次后续附接。通过针对激光扫描器102到计算机数控(CNC)龙门机床110的每次后续附接使用可重用校准116，检查系统118的设置时间减少。
在一些例示性示例中，可选地，检查系统118可包括第二激光扫描器120。当存在第二激光扫描器120时，激光扫描器102和第二激光扫描器120均被紧固到适配板114。当存在第二激光扫描器120时，检查系统118的扫描宽度122增加。通过增加扫描宽度122，零件111的扫描时间减少。通过增加扫描宽度122，检查系统118横穿零件111的数量减少。
在一些例示性示例中，零件111是飞行器126的部件124。零件111可采取飞行器126的任何期望部件的形式。在一些例示性示例中，零件111是肋、翼梁和面板中的至少一方。在一些例示性示例中，零件111是飞行器126的机翼的一部分。
如所描绘的，激光扫描器操作支撑组件106包括实时中央处理单元(CPU)128、激光控制器130、以及RF无线联接器132和光学联接器134中的至少一方。如本文所用，当与项目列表一起使用时，短语“……中的至少一方”意指可使用一个或更多个所列项目的不同组合，并且可仅需要列表中的各个项目中的一个。换言之，“……中的至少一方”意指可从列表中使用任何组合的项目和数量的项目，而非需要列表中的所有项目。项目可以是特定对象、事物或类别。
该示例还可包括项目A、项目B和项目C、或者项目B和项目C。当然，这些项目的任何组合可存在。在其它示例中，“……中的至少一方”可以是(例如但不限于)两个项目A、一个项目B和十个项目C；四个项目B和七个项目C；或者其它合适的组合。
RF无线联接器132和光学联接器134中的至少一方用于在实时中央处理单元(CPU)128与CNC控制器138和计算机数控(CNC)龙门机床110中的至少一方之间通信。CNC控制器138与计算机数控(CNC)龙门机床110和激光扫描器操作支撑组件106的实时中央处理单元(CPU)128通信。RF无线联接器132和光学联接器134二者提供通信而无需在计算机数控(CNC)龙门机床110内布线。在计算机数控(CNC)龙门机床110内布线将涉及不期望的时间量和操作者工作量。
在一些例示性示例中，实时中央处理单元(CPU)128包括高速现场可编程门阵列(FPGA)136。当存在高速现场可编程门阵列(FPGA)136时，高速现场可编程门阵列(FPGA)136允许更快速的数据传送。
在一些例示性示例中，激光扫描器操作支撑组件106还包括电池140。在这些例示性示例中，电池140电连接到激光控制器130和实时中央处理单元(CPU)128。
在一些例示性示例中，激光扫描器操作支撑组件106的部件被容纳在容器142内。容器142被配置为可移除地连接到计算机数控(CNC)龙门机床110。容器142可采取任何期望的形式。在一些例示性示例中，容器142可被描述为“箱”。在一些例示性示例中，电池140、实时中央处理单元(CPU)128和激光控制器130在可移除地连接到计算机数控(CNC)龙门机床110的容器142中。
通过将激光扫描器操作支撑组件106的部件连接到计算机数控(CNC)龙门机床110，连接激光扫描器102和激光扫描器操作支撑组件106的线缆144更短。通过减小线缆144的长度，针对激光扫描器102减小了激光噪声。
当存在电池140时，检查系统118内可存在更少的线缆。当存在电池140时，检查系统118内的电缆更短。
当激光扫描器102附接到计算机数控(CNC)龙门机床110时，激光扫描器102扫描零件111的第一表面146以形成扫描数据148。扫描数据148采取任何期望的形式。在一些例示性示例中，扫描数据148采取一系列点的形式。在一些例示性示例中，扫描数据148可在第一表面146的感兴趣区域中具有更大采样。在一些例示性示例中，扫描数据148可在零件111将与其它零件配合的区域中具有更大采样。例如，当零件111是被配置为接纳肋的面板时，扫描数据148可在肋着陆位置处包含更大采样。
在一些例示性示例中，扫描数据148被提取或选择性保存。例如，尽管激光扫描器102扫描了第一表面146的全部，可提取并保存感兴趣区域内的点。
如所描绘的，扫描数据148被保存到计算机150。在其它例示性示例中，扫描数据148可被存储在不同于计算机150的位置中。扫描数据148可被存储在任何期望的位置中。
扫描数据148用于执行无垫片制造或者创建预测垫片。使用扫描数据148确定第一表面146与第一表面146的设计154之间的差异152。在一些例示性示例中，基于差异152来制造垫片156。在这些例示性示例中，差异152用于预测垫补。
在一些例示性示例中，使用差异152来修正第二零件162的第二表面160的设计158以形成修正设计164。修正设计164被配置为与零件111的第一表面146配合。第二零件162的修正设计164消除了零件111与第二零件162之间的垫片以便于无垫片制造。
在一些例示性示例中，零件111是面板并且第二零件162是肋。在这些例示性示例中，在肋与面板之间在Z方向上可存在间隙。在这些例示性示例，差异152在垂直于零件111的Z方向上。在这些例示性示例，使用垫片156来填充垂直于零件111的方向上的间隙。尽管在Z方向上讨论了差异152，但差异152可存在于任何轴线上。
激光扫描器102具有期望的成本。降低成本但实现增加的准确性是期望的。在一些例示性示例中，执行激光范围优化166以改进扫描数据148的数据质量。
包括激光扫描器102的激光器易受距离和范围影响。激光范围优化166允许在设定范围补偿激光位置。
通过使用激光扫描器102扫描平面表面来执行激光范围优化166。各个激光器具有其自己的特征(signature)。激光扫描器102将具有激光扫描器102独有的它自己的相应特征。使用通过用激光扫描器102扫描平面表面而获得的扫描数据的形状来补偿激光扫描器102的特征。在一些例示性示例中，激光范围优化166生成查找表以补偿激光扫描器102的特征。
激光范围优化166增加了激光扫描器102的分辨率。激光范围优化166改进了激光扫描器102，而非用更高分辨率的激光扫描器替换激光扫描器102。
执行定时补偿插值168以使计算机数控(CNC)龙门机床110的位置与激光扫描器102相关联。定时补偿插值168考虑了由实时中央处理单元(CPU)128从计算机数控(CNC)龙门机床110接收数据与实时中央处理单元(CPU)128的实际位置之间的延迟。定时补偿插值168允许比计算机数控(CNC)龙门机床110的位置更新更频繁地从激光扫描器102采样。
定时补偿插值168允许激光扫描器102在计算机数控(CNC)龙门机床110的位置更新之间进行脉冲式工作(pulsing)。定时补偿插值168增加了零件111的扫描速度。
在一些例示性示例中，为了定时补偿插值168，假设扫描数据148的各个数据点之间的间距是线性的。定时补偿插值168还考虑了计算机数控(CNC)龙门机床110和检查系统118之间通信时的系统延迟。
图1中的制造环境100的例示并非意在暗示对可实现例示性实施方式的方式的物理或架构限制。除了或代替所示的部件，可使用其它部件。一些部件可能是不必要的。此外，呈现了方框以示出一些功能部件。当在例示性实施方式中实现时，这些方框中的一个或更多个可被组合、分割或者组合并分割成不同的方框。
现在转向图2，根据例示性实施方式描绘了制造环境中包括连接到计算机数控(CNC)龙门机床的激光扫描器的检查系统的正视图的例示。制造环境200是图1的制造环境100的物理实现。制造环境200包括计算机数控(CNC)龙门机床202、激光扫描器204和激光扫描器操作支撑组件206。
计算机数控(CNC)龙门机床202是图1的计算机数控(CNC)龙门机床110的物理实现。计算机数控(CNC)龙门机床202在制造环境200内移动以对零件208执行操作。通过将激光扫描器204附接到计算机数控(CNC)龙门机床202的平台210，使用计算机数控(CNC)龙门机床202来在制造环境200内移动激光扫描器204。
计算机数控(CNC)龙门机床202具有期望的精度以便于使用激光扫描器204扫描零件208。在一些例示性示例中，执行定时补偿插值以使计算机数控(CNC)龙门机床202的位置与激光扫描器204相关联。定时补偿插值考虑了从计算机数控(CNC)龙门机床202接收数据与实际位置之间的延迟。定时补偿插值(未描绘)允许比计算机数控(CNC)龙门机床202的位置更新更频繁地从激光扫描器204采样。
通过将激光扫描器操作支撑组件206连接到计算机数控(CNC)龙门机床202，激光扫描器操作支撑组件206和激光扫描器204之间的连接更短。通过将激光扫描器操作支撑组件206连接到计算机数控(CNC)龙门机床202，来自激光扫描器204的噪声可减小。
在扫描零件208之后，可将激光扫描器204和激光扫描器操作支撑组件206从计算机数控(CNC)龙门机床202移除。在移除激光扫描器204和激光扫描器操作支撑组件206之后，计算机数控(CNC)龙门机床202可用于执行制造操作。
现在转向图3，根据例示性实施方式描绘了制造环境中包括连接到计算机数控(CNC)龙门机床的激光扫描器的检查系统的侧视图的例示。激光扫描器操作支撑组件206和激光扫描器204之间的线缆300是可见的。线缆300可被限制留在计算机数控(CNC)龙门机床202的处理区域之外。
现在转向图4，根据例示性实施方式描绘了具有计算机数控(CNC)龙门机床、激光扫描器和激光扫描器操作支撑组件的制造环境的例示。在示图400中，激光扫描器204和激光扫描器操作支撑组件206未连接到计算机数控(CNC)龙门机床202。如所描绘的，计算机数控(CNC)龙门机床202可用于执行诸如铣削或钻孔的制造操作。
现在转向图5，根据例示性实施方式描绘了激光扫描器和连接组件的例示。如示图500中所描绘的，激光扫描器502还未被紧固到连接组件504。激光扫描器502可使用任何期望的紧固件紧固到连接组件504的适配板506。激光扫描器502是图1的激光扫描器102的物理实现。
连接组件504是图1的连接组件104的物理实现。连接组件504是使激光扫描器502可重复地与计算机数控(CNC)龙门机床(例如，图1的计算机数控(CNC)龙门机床110或图2的计算机数控(CNC)龙门机床202)对准的机械附接。
如所描绘的，分度特征508从适配板506远离激光扫描器502延伸。如所描绘的，分度特征508采取轴510的形式。轴510也可被称为定位销。分度特征508向计算机数控(CNC)龙门机床的轴中分度。如所描绘的，平坦表面512在轴510上是可见的。平坦表面512提供可重复计时。
现在转向图6，根据例示性实施方式描绘了两个激光扫描器和连接组件的例示。如示图600中所描绘的，激光扫描器602和第二激光扫描器603还未紧固到连接组件604。激光扫描器602和第二激光扫描器603可使用任何期望类型的紧固件紧固到连接组件604的适配板606。激光扫描器602是图1的激光扫描器102的物理实现。第二激光扫描器603是第二激光扫描器120的物理实现。
连接组件604是图1的连接组件104的物理实现。连接组件604是可重复地使激光扫描器602和第二激光扫描器603与计算机数控(CNC)龙门机床(例如，图1的计算机数控(CNC)龙门机床110或图2的计算机数控(CNC)龙门机床202)对准的机械附接。
如所描绘的，分度特征608从适配板606远离激光扫描器602延伸。如所描绘的，分度特征608采取轴610的形式。轴610也可被称为定位销。分度特征608向计算机数控(CNC)龙门机床的轴中分度。如所描绘的，平坦表面612在轴610上是可见的。平坦表面612提供可重复计时。
现在转向图7，根据例示性实施方式描绘了激光扫描器操作支撑组件的例示。激光扫描器操作支撑组件700是图1的激光扫描器操作支撑组件106的物理实现。如所描绘的，实时中央处理单元(CPU)702、激光控制器704和电池706在容器708内。容器708被配置为附接到计算机数控(CNC)龙门机床。示图710可以是图3的激光扫描器操作支撑组件206内的示图。
在一些例示性示例中，激光扫描器操作支撑组件700内可存在更多或更少的部件。例如，电池706可为可选的。
现在转向图8，根据例示性实施方式描绘了零件以及基于该零件的第一表面与第一表面的设计之间的差异制造的第二零件的例示。在示图800中，零件802和第二零件804是可见的。零件802是图1的零件111的物理实现。第二零件804是图1的第二零件162的物理实现。
第一表面806在组装时将期望地接触第二表面808。在这些例示性示例，第二零件804可基于零件802的第一表面806与第一表面806的设计之间的差异来制造。第二表面808被制造为与第一表面806配合。第二表面808被制造用于无垫片制造。
现在转向图9，根据例示性实施方式描绘了零件以及基于该零件的第一表面与第一表面的设计之间的差异制造的垫片的例示。在示图900中，零件902和垫片904是可见的。零件902是图1的零件111的物理实现。垫片904是图1的垫片156的物理实现。垫片904基于零件902的第一表面906与第一表面906的设计之间的差异来制造。垫片904是预测垫补的结果。在一些例示性示例中，垫片904还基于第二零件910的第二表面908与第二表面908的设计之间的差异来制造。
现在转向图10，根据例示性实施方式描绘了减少来自激光扫描器的扫描数据中的噪声的例示。在图10中，扫描数据1000为在没有激光范围优化情况下的平坦平面。扫描数据1000可使用图1的激光扫描器102或图2的激光扫描器204来形成。扫描数据1002为带有激光范围优化的平坦平面。扫描数据1000基本上不是平面的。扫描数据1000具有峰1004。
扫描数据1002没有峰1004。扫描数据1002补偿包括峰1004的特征1006。扫描数据1002比扫描数据1000更平坦。
现在转向图11，根据例示性实施方式描绘了计算机数控(CNC)龙门机床的位置更新之间的一些激光脉冲的例示。示图1100是通过时间1106分开的位置更新1102和位置更新1104的示图。时间1106是CNC更新时间。如所描绘的，激光脉冲1108在位置更新1102和位置更新1104之间。如所描绘的，激光脉冲1108包括激光扫描器(例如，图1的激光扫描器102或图2的激光扫描器204)的九个脉冲。
现在转向图12，根据例示性实施方式描绘了使用激光扫描器扫描零件的方法的流程图的例示。方法1200可用于扫描图1的零件111。方法1200可使用图2至图4的激光扫描器204和计算机数控(CNC)龙门机床202来实现。方法1200可使用图5的激光扫描器502来实现。方法1200可使用图6的激光扫描器602来实现。方法1200可使用图7的激光扫描器操作支撑组件700来实现。方法1200可用于执行无垫片制造。可执行方法1200以制造图8的第二零件804。方法1200可用于执行预测垫补。可执行方法1200以制造图9的垫片904。
方法1200将连接组件连接到计算机数控(CNC)系统的平台，其中连接组件被紧固到激光扫描器(操作1202)。通过将连接组件连接到平台，激光扫描器连接到计算机数控(CNC)系统。在一些例示性示例中，计算机数控(CNC)系统采取计算机数控(CNC)龙门机床的形式。
方法1200使计算机数控(CNC)系统的平台相对于零件移动(操作1204)。计算机数控(CNC)系统的平台的移动也使连接的激光扫描器移动。方法1200随着计算机数控(CNC)系统的平台相对于零件移动用激光扫描器扫描零件的第一表面以形成扫描数据(操作1206)。此后，方法终止。
在一些例示性示例中，方法1200在连接组件初始连接到计算机数控(CNC)系统的平台之后校准激光扫描器以形成可重用校准(操作1208)。在一些例示性示例中，方法1200在使用可重用校准进行连接组件的后续连接时用激光扫描器扫描零件的第一表面(操作1210)。可重用校准减少了激光扫描器的设置时间。
在一些例示性示例中，方法1200将激光扫描器操作支撑组件连接到计算机数控(CNC)系统，其中，激光扫描器操作支撑组件在工作上连接到激光扫描器(操作1212)。通过将激光扫描器操作支撑组件放到计算机数控(CNC)系统，激光扫描器和激光扫描器操作支撑组件之间的距离相对短。例如，通过将激光扫描器操作支撑组件放到计算机数控(CNC)系统，激光扫描器和激光扫描器操作支撑组件之间的距离可为几英尺。通过将激光扫描器操作支撑组件放到计算机数控(CNC)系统，用于激光扫描器操作支撑组件的通信线缆的长度减小。通过将激光扫描器操作支撑组件放到计算机数控(CNC)系统，激光噪声可减小。在一些例示性示例中，方法1200使用激光扫描器操作支撑组件来控制激光扫描器的操作(操作1214)。
在一些例示性示例中，方法1200使激光扫描器在计算机数控(CNC)系统的位置更新之间进行脉冲式工作(操作1216)。定时补偿插值考虑了由激光扫描器操作支撑组件的实时中央处理单元(CPU)从计算机数控(CNC)系统接收数据与实时中央处理单元(CPU)的实际位置之间的延迟。定时补偿插值允许比计算机数控(CNC)系统的位置更新更频繁地从激光扫描器采样。
定时补偿插值允许激光扫描器在计算机数控(CNC)系统的位置更新之间进行脉冲式工作。定时补偿插值增加了零件的扫描速度。
在一些例示性示例中，方法1200使用扫描数据来确定第一表面与第一表面的设计之间的差异(操作1218)。
在一些例示性示例中，方法1200使用所述差异来修正第二零件的第二表面的设计以形成被配置为与零件的第一表面配合的修正设计(操作1220)。在一些例示性示例中，方法1200使用修正设计来制造具有第二表面的第二零件(操作1222)。
在一些例示性示例中，方法1200基于所述差异来制造多个垫片(操作1224)。在一些例示性示例中，还基于关于第二零件的第二表面与第二零件的第二表面的设计之间的第二差异的数据来制造所述多个垫片。可按照任何期望的方式收集关于第二差异的数据。通过考虑所述差异和第二差异二者，所述多个垫片考虑了第一表面和第二表面二者的制造变化。
现在转向图13，根据例示性实施方式描绘了使用激光扫描器扫描零件的方法的流程图的例示。方法1300可用于扫描图1的零件111。方法1300可使用图2至图4的激光扫描器204和计算机数控(CNC)龙门机床202来实现。方法1300可使用图5的激光扫描器502来实现。方法1300可使用图6的激光扫描器602来实现。方法1300可使用图7的激光扫描器操作支撑组件700来实现。方法1300可用于执行无垫片制造。可执行方法1300以制造图8的第二零件804。方法1300可用于执行预测垫补。可执行方法1300以制造图9的垫片904。
方法1300将激光扫描器连接到计算机数控(CNC)龙门机床(操作1302)。方法1300将激光扫描器操作支撑组件连接到计算机数控(CNC)龙门机床(操作1304)。方法1300使计算机数控(CNC)龙门机床的平台相对于零件移动(操作1306)。方法1300使用激光扫描器操作支撑组件来控制激光扫描器的操作(操作1308)。方法1300随着计算机数控(CNC)龙门机床的平台相对于零件移动用激光扫描器扫描零件的第一表面以形成扫描数据(操作1310)。此后，该方法终止。
在一些例示性示例中，方法1300使用扫描数据来确定第一表面与第一表面的设计之间的差异，其中，零件是飞行器的部件(操作1312)。在一些例示性示例中，方法1300使用所述差异来修正第二零件的第二表面的设计以形成被配置为与零件的第一表面配合的修正设计(操作1314)。在一些例示性示例中，方法1300使用修正设计来制造具有第二表面的第二零件(操作1316)。
在一些例示性示例中，方法1300基于所述差异制造多个垫片(操作1318)。在一些例示性示例中，还基于关于第二零件的第二表面与第二零件的第二表面的设计之间的第二差异的数据来制造所述多个垫片。可按照任何期望的方式收集关于第二差异的数据。通过考虑所述差异和第二差异二者，所述多个垫片考虑了第一表面和第二表面二者的制造变化。
现在转向图14，根据例示性实施方式描绘了使用激光扫描器扫描零件的方法的流程图的例示。方法1400可用于扫描图1的零件111。方法1400可使用图2至图4的激光扫描器204和计算机数控(CNC)龙门机床202来实现。方法1400可使用图5的激光扫描器502来实现。方法1400可使用图6的激光扫描器602来实现。方法1400可使用图7的激光扫描器操作支撑组件700来实现。方法1400可用于执行无垫片制造。可执行方法1400以制造图8的第二零件804。方法1400可用于执行预测垫补。可执行方法1400以制造图9的垫片904。
方法1400随着计算机数控(CNC)龙门机床的平台相对于零件移动用激光扫描器扫描零件的第一表面以形成扫描数据，其中，激光扫描器连接到计算机数控(CNC)龙门机床的平台(操作1402)。方法1400使用扫描数据来确定第一表面与第一表面的设计之间的差异(操作1404)。此后，方法1400终止。
在一些例示性示例中，方法1400使用所确定的差异来制造被配置为与第一表面配合的第二零件(操作1406)。在一些例示性示例中，方法1400使用所述差异来修正第二零件的第二表面的设计以形成被配置为与零件的第一表面配合的修正设计(操作1408)。在一些例示性示例中，方法1400还使用修正设计来制造具有第二表面的第二零件(操作1410)。
在一些例示性示例中，方法1400考虑所确定的差异以及第二零件的第二表面与第二表面的设计之间的第二差异来制造多个垫片，其中，所述多个垫片被配置为被放置在零件的第一表面与第二零件的第二表面之间(操作1412)。
所描绘的不同实施方式中的流程图和框图示出了例示性实施方式中的设备和方法的一些可能实现的架构、功能和操作。在这方面，流程图或框图中的各个方框可表示模块、片段、功能和/或操作或步骤的一部分。
在例示性实施方式的一些另选实现方式中，方框中提到的功能可不按图中指出的顺序发生。例如，在一些情况下，根据所涉及的功能，连续示出的两个方框可基本上同时执行，或者方框有时可按照相反的顺序执行。另外，在流程图或框图中，除了所示的方框之外，可添加其它方框。
在一些例示性示例中，并非执行方法1200、方法1300或方法1400的所有方框。例如，图12的操作1208至1224是可选的。作为另一示例，图13的操作1312至1318是可选的。作为另一示例，图14的操作1406至1412是可选的。
本公开的例示性实施方式可在如图15所示的飞行器制造和服务方法1500和如图16所示的飞行器1600的背景下描述。首先转向图15，描绘了根据例示性实施方式的飞行器制造和服务方法的例示。在生产前，飞行器制造和服务方法1500可包括图16中的飞行器1600的规格和设计1502以及材料采购1504。
在生产期间，进行飞行器1600的部件和分总成制造1506以及系统集成1508。此后，飞行器1700可经受认证和配送1510以便投入服务1512。在顾客投入服务1512的同时，为飞行器1600安排例行维护和服务1514(可包括修改、重新配置、改造以及其它维护和服务)。
飞行器制造和服务方法1500的各个处理可由系统集成商、第三方和/或运营商来执行或完成。在这些示例中，运营商可以是顾客。为了本描述，系统集成商可包括(但不限于)任何数量的飞行器制造商或主系统分包商；第三方可包括(但不限于)任何数量的卖方、分包商和供应商；运营商可以是航空公司、租赁公司、军方实体、服务组织等。
现在参照图16，描述了可实现例示性实施方式的飞行器的例示。在此示例中，飞行器1600通过图15的飞行器制造和服务方法1500制造并且可包括具有多个系统1504和内部1606的机体1602。系统1604的示例包括推进系统1608、电气系统1610、液压系统1612和环境系统1614中的一个或更多个。可包括任何数量的其它系统。尽管示出了航空航天示例，不同的例示性实施方式可被应用于诸如汽车行业的其它行业。
可在飞行器制造和服务方法1500的至少一个阶段期间采用本文中具体实现的设备和方法。一个或更多个例示性实施方式可在图15的部件和分总成制造1506、系统集成1508或维护和服务1514期间使用。例如，附接到图1的计算机数控(CNC)龙门机床110的图1的激光扫描器102可用于在部件和分总成制造1506期间执行无垫片制造或预测垫补。作为另一示例，附接到计算机数控(CNC)龙门机床110的激光扫描器102可用于在图15的维护和服务1514期间扫描替换零件。
可在制造飞行器1600的至少一个部件时采用本文中具体实现的设备和方法。例如，图1的扫描数据148可用于制造垫片156或第二零件162以形成机身1602或内部1606的一部分。
为了降低制造成本和时间，提供了设备和方法以允许预测飞行器零件中的垫片或者制造无垫片零件中的至少一方。例示性示例提供了有效地测量和检查这些零件的方法。包括所述设备和方法的例示性示例描述了可集成到当前修整单元或其它CNC系统中的附加式系统，从而允许快速、有效并高度准确的扫描。
这些例示性示例提供了一种便携式系统，其由一个或更多个二维激光扫描器、激光控制器、具有高速FPGA的实时CPU、电池以及与CNC控制修整和钻孔单元的无线连接中的至少一方组成。例示性示例的硬件允许高度同步的系统，其实现准确的高速扫描。例示性示例将扫描时间从约八个小时或以上降低至大约15分钟。例示性示例的技术架构提供了成本远低于传统激光检查的检查。例示性示例避免了成本较高的穿过CNC龙门布置附加线缆的改造。
以下条款中也涉及本方法，这些条款不与权利要求混淆。
A1.一种方法，该方法包括：
随着计算机数控(CNC)龙门机床(110)的平台(108)相对于零件(111)移动，用激光扫描器(102)扫描(1402)零件(111)的第一表面(146)以形成扫描数据(148)，其中激光扫描器(102)连接到计算机数控(CNC)龙门机床(110)的平台(108)；以及
使用扫描数据(148)确定(1404)第一表面(146)与第一表面(146)的设计(154)之间的差异(152)。
A2.还提供了根据段落A1所述的方法，该方法还包括：
使用所确定的差异(152)制造(1406)被配置为与第一表面(146)配合的第二零件(162)。
A3.还提供了根据段落A1所述的方法，该方法还包括：
使用所述差异(152)修正(1408)第二零件(162)的第二表面(160)的设计(158)以形成被配置为与零件(111)的第一表面(146)配合的修正设计(164)。
A4.根据段落A3所述的方法，该方法还包括：
使用修正设计(164)制造(1410)具有第二表面(160)的第二零件(162)。
A5.根据段落A1所述的方法，该方法还包括：
考虑所确定的差异(152)以及第二零件(162)的第二表面(160)与第二表面(160)的设计(158)之间的第二差异制造(1412)多个垫片(156)，其中，所述多个垫片(156)被配置为放置在零件(111)的第一表面(146)与第二零件(162)的第二表面(160)之间。
根据本方法的另一方面，提供了：
B1.一种方法，该方法包括：
将连接组件(104)连接(1202)到计算机数控(CNC)系统的平台(108)，其中连接组件(104)被紧固到激光扫描器(102)；
使计算机数控(CNC)系统的平台(108)相对于零件(111)移动(1204)；以及
随着计算机数控(CNC)系统的平台(108)相对于零件(111)移动，用激光扫描器(102)扫描(1206)零件(111)的第一表面(146)以形成扫描数据(148)。
B2.根据段落B1所述的方法，该方法还包括：
将激光扫描器操作支撑组件(106)连接(1212)到计算机数控(CNC)系统，其中，激光扫描器操作支撑组件(106)在工作上连接到激光扫描器(102)。
B3.还提供了根据段落B2所述的方法，该方法还包括：
使用激光扫描器操作支撑组件(106)控制(1214)激光扫描器(102)的操作。
B4.还提供了根据段落B1所述的方法，该方法还包括：
使用扫描数据(148)确定(1218)第一表面(146)与第一表面(146)的设计(154)之间的差异(152)。
B5.还提供了根据段落B4所述的方法，该方法还包括：
使用所述差异(152)修正(1220)第二零件(162)的第二表面(160)的设计(158)以形成被配置为与零件(111)的第一表面(146)配合的修正设计(164)；以及
使用修正设计(164)制造(1222)具有第二表面(160)的第二零件(162)。
B6.还提供了根据段落B4所述的方法，该方法还包括：
基于所述差异(152)制造(1224)多个垫片(156)。
B7.还提供了根据段落B1所述的方法，该方法还包括：
在连接组件(104)初始连接到计算机数控(CNC)系统的平台(108)之后校准(1208)激光扫描器(102)以形成可重用校准(116)；以及
在使用可重用校准(116)进行连接组件(104)的后续连接时，用激光扫描器(102)扫描(1210)零件(111)的第一表面(146)。
B8.还提供了根据段落B1所述的方法，该方法还包括：
使激光扫描器(102)在计算机数控(CNC)系统的位置更新之间进行脉冲式工作(1216)。
根据本方法的另一方面，提供了：
C1.一种方法，该方法包括：
将激光扫描器(102)连接(1302)到计算机数控(CNC)龙门机床(110)；
将激光扫描器操作支撑组件(106)连接(1304)到计算机数控(CNC)龙门机床(110)；
使计算机数控(CNC)龙门机床(110)的平台(108)相对于零件(111)移动(1306)；
使用激光扫描器操作支撑组件(106)控制(1308)激光扫描器(102)的操作；以及
随着计算机数控(CNC)龙门机床(110)的平台(108)相对于零件(111)移动，用激光扫描器(102)扫描(1310)零件(111)的第一表面(146)以形成扫描数据(148)。
C2.还提供了根据段落C1所述的方法，该方法还包括：
使用扫描数据(148)确定(1312)第一表面(146)与第一表面(146)的设计(154)之间的差异(152)，其中，零件(111)是飞行器(126)的部件(124)。
C3.还提供了根据段落C2所述的方法，该方法还包括：
使用所述差异(152)修正(1314)第二零件(162)的第二表面(160)的设计(158)以形成被配置为与零件(111)的第一表面(146)配合的修正设计(164)；以及
使用修正设计(164)制造(1316)具有第二表面(160)的第二零件(162)。
C4.还提供了根据段落C2所述的方法，该方法还包括：
基于所述差异(152)制造(1318)多个垫片(156)。
根据本系统的另一方面，提供了：
D1.一种系统，该系统包括：
激光扫描器(102)；
连接组件(104)，该连接组件(104)被紧固到激光扫描器(102)，该连接组件(104)被配置为将激光扫描器(102)可移除地连接到计算机数控(CNC)系统的平台(108)；以及
激光扫描器操作支撑组件(106)，该激光扫描器操作支撑组件(106)在工作上连接到激光扫描器(102)并被配置为连接到计算机数控(CNC)系统。
D2.还提供了根据段落D1所述的系统，其中，连接组件(104)包括分度部件(112)和适配板(114)，分度部件(112)被配置为可重复地相对于计算机数控(CNC)系统的平台(108)对激光扫描器(102)进行分度。
D3.还提供了根据段落D2所述的系统，其中，分度部件(112)具有足够的准确性以使得附接到计算机数控(CNC)系统的激光扫描器(102)的单次校准能够应用于激光扫描器(102)对计算机数控(CNC)系统的每次后续附接。
D4.还提供了根据段落D1所述的系统，该系统还包括：
第二激光扫描器(120)，该第二激光扫描器(120)被紧固到连接组件(104)。
D5.还提供了根据段落D1所述的系统，其中，激光扫描器操作支撑组件(106)包括：
实时中央处理单元(CPU)(128)；
激光控制器(130)；以及
RF无线联接器(132)和光学联接器(134)中的至少一方。
D6.还提供了根据段落D5所述的系统，其中，激光扫描器操作支撑组件(106)还包括电池(140)。
D7.还提供了根据段落D6所述的系统，其中，电池(140)电连接到激光控制器(130)和实时中央处理单元(CPU)(128)。
D8.还提供了根据段落D7所述的系统，其中，电池(140)、实时中央处理单元(CPU)(128)和激光控制器(130)在可移除地连接到计算机数控(CNC)龙门机床(110)的容器(142)中。
D9.还提供了根据段落D5所述的系统，其中，CPU(128)包括高速现场可编程门阵列(FPGA)(136)。
D10.还提供了根据段落D1所述的系统，其中，计算机数控(CNC)系统是计算机数控(CNC)龙门机床(110)，该系统还包括：
该计算机数控(CNC)龙门机床(110)；以及
CNC控制器(138)，该CNC控制器(138)与计算机数控(CNC)龙门机床(110)和激光扫描器操作支撑组件(106)的实时中央处理单元(CPU)(128)通信。
D11.还提供了根据段落D10所述的系统，其中，连接组件(104)连接到计算机数控(CNC)龙门机床(110)的平台(108)，并且其中，计算机数控(CNC)龙门机床(110)的平台(108)可相对于飞行器(126)的部件(124)移动。
已出于例示和描述的目的呈现了不同例示性实施方式的描述，并且不旨在为穷尽性的或限于所公开的形式的实施方式。对于本领域普通技术人员而言，许多修改和变化将是显而易见的。此外，与其它例示性实施方式相比，不同的例示性实施方式可提供不同的特征。所选择的实施方式被选择并描述以便最佳地解释实施方式的原理、实际应用，并且使本领域普通技术人员能够理解各种实施方式的公开以及适于所想到的特定用途的各种修改。

Claims (15)

1.一种方法，该方法包括以下步骤：
将连接组件(104)连接(1202)到计算机数控系统的平台(108)，其中，所述连接组件(104)被紧固到激光扫描器(102)；
使所述计算机数控系统的所述平台(108)相对于零件(111)移动(1204)；以及
随着所述计算机数控系统的所述平台(108)相对于所述零件(111)移动，用所述激光扫描器(102)扫描(1206)所述零件(111)的第一表面(146)，以形成扫描数据(148)。
2.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤：
将激光扫描器操作支撑组件(106)连接(1212)到所述计算机数控系统，其中，所述激光扫描器操作支撑组件(106)在工作上连接到所述激光扫描器(102)。
3.根据权利要求2所述的方法，该方法还包括以下步骤：
使用所述激光扫描器操作支撑组件(106)控制(1214)所述激光扫描器(102)的操作。
4.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤：
使用所述扫描数据(148)确定(1218)所述第一表面(146)与所述第一表面(146)的设计(154)之间的差异(152)。
5.根据权利要求4所述的方法，该方法还包括以下步骤：
使用所述差异(152)修正(1220)第二零件(162)的第二表面(160)的设计(158)，以形成被配置为与所述零件(111)的所述第一表面(146)配合的修正设计(164)；以及
使用所述修正设计(164)制造(1222)具有所述第二表面(160)的所述第二零件(162)。
6.根据权利要求4所述的方法，该方法还包括以下步骤：
基于所述差异(152)制造(1224)多个垫片(156)。
7.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤：
在所述连接组件(104)初始连接到计算机数控系统的所述平台(108)之后，校准(1208)所述激光扫描器(102)以形成可重用校准(116)；以及
在使用所述可重用校准(116)进行所述连接组件(104)的后续连接时，用所述激光扫描器(102)扫描(1210)所述零件(111)的第一表面(146)。
8.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤：
使所述激光扫描器(102)在所述计算机数控系统的位置更新之间进行脉冲式工作(1216)。
9.一种系统，该系统包括：
激光扫描器(102)；
连接组件(104)，该连接组件(104)被紧固到所述激光扫描器(102)，该连接组件(104)被配置为将所述激光扫描器(102)可移除地连接到计算机数控系统的平台(108)；以及
激光扫描器操作支撑组件(106)，该激光扫描器操作支撑组件(106)在工作上连接到所述激光扫描器(102)并被配置为连接到所述计算机数控系统。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述连接组件(104)包括分度部件(112)和适配板(114)，所述分度部件(112)被配置为可重复地相对于计算机数控系统的平台(108)对所述激光扫描器(102)进行分度。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述分度部件(112)具有足够的准确性，以使得附接到所述计算机数控系统的所述激光扫描器(102)的单次校准能够应用于所述激光扫描器(102)对所述计算机数控系统的每次后续附接。
12.根据权利要求9所述的系统，该系统还包括：
第二激光扫描器(120)，该第二激光扫描器(120)被紧固到所述连接组件(104)。
13.根据权利要求9所述的系统，其中，所述激光扫描器操作支撑组件(106)包括：
实时中央处理单元(128)；
激光控制器(130)；以及
RF无线联接器(132)和光学联接器(134)中的至少一方。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述激光扫描器操作支撑组件(106)还包括电池(140)。
15.根据权利要求9所述的系统，其中，所述计算机数控系统是计算机数控龙门机床(110)，所述系统还包括：
所述计算机数控龙门机床(110)；以及
计算机数控控制器(138)，该计算机数控控制器(138)与所述计算机数控龙门机床(110)和所述激光扫描器操作支撑组件(106)的实时中央处理单元(128)通信。
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