EP2321616A1 - Verfahren zum vermessen des innenraums eines flugzeugs - Google Patents

Verfahren zum vermessen des innenraums eines flugzeugs

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Publication number
EP2321616A1
EP2321616A1 EP09778286A EP09778286A EP2321616A1 EP 2321616 A1 EP2321616 A1 EP 2321616A1 EP 09778286 A EP09778286 A EP 09778286A EP 09778286 A EP09778286 A EP 09778286A EP 2321616 A1 EP2321616 A1 EP 2321616A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
axis
interior
plane
scan
laser scanner
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09778286A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Oliver Sascha Thomaschewski
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lufthansa Technik AG
Original Assignee
Lufthansa Technik AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lufthansa Technik AG filed Critical Lufthansa Technik AG
Publication of EP2321616A1 publication Critical patent/EP2321616A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging

Definitions

  • the invention relates to a method for measuring the interior of an elongated body according to the preamble of claim 1.
  • a so-called profile measurement or profile scan is known.
  • the measuring beam is in such a profile measurement only about an axis in Rotate a plane, typically it is a plane perpendicular to the longitudinal axis of the measured interior.
  • the measuring laser is moved during the profile measurements or between profile measurements.
  • a profile scan of the measuring beam usually meets perpendicular or approximately perpendicular to the surfaces to be measured, so that an improved measurement quality is achieved.
  • the invention has for its object to provide a method of the type mentioned, which allows a simple and high quality measurement especially elongated interiors.
  • the invention solves this problem in that the scan plane is tilted by a tilt angle ⁇ about the y-axis and / or a tilt angle Y about the z-axis, preferably about the y-axis and the z-axis from the global coordinate system of the interior ,
  • a typically approximately cylindrical interior for example of an aircraft, can be measured efficiently and with largely homogeneous resolution. Since both the angle of incidence and the distance of impact of the measuring beam to the areas to be measured are subject to less fluctuations than in the prior art spherical scan, the method according to the invention has an estimable and relatively small measuring error.
  • the point clouds obtained by the measurements themselves are technically unwieldy and difficult to handle.
  • so-called meshes are preferably produced therefrom by so-called meshing, which describe the measured interior and are used as a basis for further processing.
  • the invention with its homogenous and relatively small error and by a wide range of also illuminating undercuts, as described below, the provision of a good data base for the calculation of such a network.
  • the inventive method is used to measure the interior of an elongated body.
  • This elongated body may be, for example, the hull of an aircraft, a railroad car or the like. In particular, it may thus be the interiors of transport.
  • a thought-rectangular system of coordinates is spanned.
  • the longitudinal axis x of this coordinate system has in the longitudinal direction, with a means of transport generally in the direction of travel.
  • the y-axis is the horizontal axis perpendicular to the x-axis, pointing in the direction of the wings of an aircraft, for example.
  • the z-axis is the vertical axis (vertical axis).
  • This coordinate system is referred to as the global coordinate system of the interior and is shown schematically in FIG. If the scan plane 8 shown in FIG. 2 is rotated about the y axis out of the yz plane (reference numeral 9), this tilt angle is designated ⁇ . If the scan plane is rotated about the vertical axis z from the yz plane, the corresponding angle is denoted by ⁇ (not shown in FIG. 2).
  • a laser profile scan is performed.
  • the term refers to a process in which the measuring beam of the laser is rotated about an axis and thus performs a measurement in a plane.
  • the laser scanner is driven through the interior during or between profile scans, for example, parallel to the x-axis.
  • the scan plane is tilted by a tilt angle ⁇ about the y-axis and / or a tilt angle Y about the z-axis, preferably about the y-axis and the z-axis from the global coordinate system of the interior.
  • the scan plane does not coincide with a plane spanned by the axes of the global coordinate system, for example, not the generally vertical yz plane. Tilting about at least one of said axes means that tilting has taken place about at least one axis of this global coordinate system. Tilting about the y-axis, for example, tilts the scan plane from the vertical yz plane of the global coordinate system.
  • the scan plane can be tilted about two or all three axes of this global coordinate system. For example, a tilt around the y and z axes of the global coordinate system is preferred. An additional tilting about the x-axis, for example, may be useful if a design-related shading of the measuring beam through the scanner housing interferes with the intended measurement.
  • This tilting of the scan plane has the advantage that in this way any undercuts in the surface to be scanned can be better illuminated. Due to the oblique orientation of the scan plane relative to the yz plane, the measurement beams impinge on the often approximately cylindrical surface of the interior not at right angles, but at an angle which depends on the tilting of the scan plane. However, this angle is-unlike in a so-called Kugelscan- substantially constant over the entire interior to be measured, so that the Measurement accuracy for all areas of the interior is substantially identical.
  • any undercuts can be better illuminated and metrologically recorded.
  • Such undercuts may be, for example, recordings or other fastening devices for equipment or furnishings to be mounted in the interior. Since the measurement of the interior usually serves the preparation or planning of an interior design, the metrological detection of such for the installation of relevant areas of the interior often has a special meaning.
  • the laser scanner is inventively driven through the interior.
  • the travel direction is preferably oriented along the longitudinal axis x of the interior and can be substantially parallel to this longitudinal axis. Preferably, it is a straight line, but according to the invention also a deviating from a straight line method is conceivable. However, the general direction of the travel path will also be oriented, in the case of a process deviating from a straight line, generally along the longitudinal axis x of the interior.
  • the method of the laser scanner can be carried out according to the invention by multiple manual conversion of the laser scanner within the interior to be measured between the laser scans.
  • the laser scanner has a mobile device such as a vehicle or is mounted thereon.
  • a vehicle can be freely movable through the interior, for example freely on the cabin floor of an aircraft interior. driving space.
  • a defined guidance or a defined travel path is provided for this vehicle.
  • This track can use existing facilities of the interior, for example, the seat rails for mounting seats on the cabin floor of an aircraft.
  • the location of the laser scanner must be known during a measurement in the coordinate system of the interior to be measured.
  • a location and orientation tracking of the laser scanner in the interior already known in the prior art is used according to the invention.
  • the laser scanner for each measurement can be positioned at a previously defined and thus known location.
  • some of the spatial coordinates of the laser scanner may already be predetermined by the rail-bound guidance of the travel path. Further location coordinates on the travel path can be determined, for example, by mechanical systems that detect and evaluate, for example, markings on the travel path or have wheel encoder sensors on the vehicle.
  • inclination sensors may be present, for example, which detect a tilting, tilting or yawing occurring during the method of the vehicle. By recording even such tilt, tilt and yaw movements, the measurement accuracy can be significantly increased.
  • a location tracking of the laser scanner can also be done by known in the art optical systems such as a so-called laser tracking. Also possible is a location tracking by acoustic or other electromagnetic waves, for example by means of ultrasound, radar, satellite positioning systems such as GPS or differential-GPS or the like.
  • the laser scanner is driven at least twice through the interior, and the
  • the tilting can according to the invention take place at an angle ⁇ around the y-axis and / or at an angle ⁇ about the z-axis. According to the invention, it is preferable if the tilting carried out contains an angle component ⁇ , that is to say that the scan plane is in any case also tilted at an angle ⁇ about the y-axis out of the yz plane.
  • tilting takes place exclusively by an angle ⁇ around the y-axis (or in the second scan by an angle - ⁇ around the y-axis).
  • angle ⁇ around the y-axis
  • more complex undercuts or comparable structures can be completely or largely completely illuminated according to the invention and thus measured.
  • driving through the interior at least twice means that the laser scanner scans the interior space using the two different scanning planes mentioned. one behind the other are driven through the interior, wherein it is set in the two driving processes on the two different Scinkenen with different tilt angles from the yz plane of the coordinate system of the interior.
  • the laser scanner it is also possible for the laser scanner to be physically moved only once through the interior and, alternately (preferably rapidly alternately in relation to the travel speed of the laser scanner), to scan the interior in the at least two different scan planes. In a discontinuous process of the laser scanner between the scans, it is possible that the laser scanner from a single location performs two profile scans in the different scans and then moved to its next measurement position.
  • the process is preferably stopped while one-plane scanning is performed Traversing the laser scanner between two scans
  • the construction of a laser scanner may not cover the entire 360 ° segment of a scan plane, for example due to a single scan
  • the scan angle can be limited to about 320 °, for example.
  • the shading region of the laser scanner is preferably positioned so that the shading takes place toward a region of the interior which is not of interest for measurement purposes, for example to the aircraft floor.
  • the scanning plane can be tilted at an angle of 5 to 50 °, preferably 5 to 30 °, more preferably 5 to 20 °, particularly preferably 5 to 15 °, out of the yz plane of the coordinate system of the interior.
  • the tilting is preferably carried out at least at an angle ⁇ about the y-axis, ie the horizontal axis perpendicular to the longitudinal direction x and / or an angle ⁇ about the z-axis.
  • An angle of 5 to 15 °, in particular for example approximately 10 °, is preferred, since this angular range is particularly suitable for illuminating on the one hand conventional undercuts and on the other for increasing the measurement error on the measuring surfaces of the interior of the measuring space to avoid very shallow angles.
  • the scan plane is preferably tilted out of the yz plane in a different direction of the x-axis.
  • ⁇ 10 ° forwards (in the case of a means of transport in the direction of flight), in the case of a second scan by the same amount of the tilt angle backwards (- ⁇ ).
  • the two traverse paths are mutually parallel straight lines which run essentially mirror-symmetrically to the specular plane xz of the interior.
  • the two travel paths or travel axes it is also possible for the two travel paths or travel axes to have different distances from the center line of the interior. In a mirror-symmetrical interior, this center line runs in the mirror plane xz of the interior. This process of the laser scanner in two paths spaced from the central axis of the interior facilitates the illumination of such undercuts that point laterally (in the direction of the y-axis).
  • the method according to the invention is carried out in an aircraft fuselage having a base and an outer skin which extends substantially in the shape of a circle segment above the base and has radial ribs.
  • a common problem in practice is the measurement of an aircraft interior for the purpose of designing a cabin interior or installations in the cabin.
  • business jets or VIP jets are often designed according to customer requirements designed internals, which must be adapted exactly to the inner dimensions of the fuselage.
  • the fuselage of commercial aircraft serving as the basis for such extensions is usually divided by a floor into an upper area (the cabin) and a lower floor area of the fuselage serving, for example, as a cargo space, for receiving control lines and the like.
  • a scan of the exterior structures may be useful for planning antennas and the like.
  • An aircraft fuselage usually has radially extending ridges on the inside at predetermined axial distances, and a skin stiffened with radially arranged, axially extending stringers, which together give the fuselage the desired rigidity.
  • it is important not only to measure the contour of the outer skin, but also the contours of the frames.
  • the laser beam should impinge on the surface to be measured as perpendicularly as possible or at an obtuse angle. An encounter with an acute angle increases the measurement inaccuracy.
  • the inner surface of the outer skin of an aircraft fuselage on the one hand and the axial direction of the fuselage of the fuselage the surfaces of the ribs on the other hand are usually about at a right angle to each other. Both of these surfaces should be hit by the measuring beam at a possible obtuse angle, which is fundamentally problematic in perpendicular surfaces.
  • the largest possible proportion of both the radially inner facing surfaces of the outer skin and the axially facing surfaces of the frames are hit by the laser beam at an angle which is at most 60 ° from the vertical, preferably at most 50 ° from the vertical , more preferably at most 45 ° deviates from the vertical.
  • the invention has recognized that by means of a suitable selection of the angles ⁇ , Y and a corresponding
  • the area proportions can thus be maximized, which are made at an angle which differs from the vertical at most 60 °, preferably at most 50 ° from the vertical deviating angles, more preferably at most 45 ° from the vertical.
  • the amount of the tilt angle ⁇ and / or the amount of the tilt angle Y is between 15 and 75 °, preferably between 30 and 60 °.
  • An arrangement according to the invention for carrying out the method can have a base with travel paths (for example rails) arranged thereon for a laser scanner which have means for connection to the seat rails in the cabin floor of a means of transport such as, for example, an aircraft.
  • a means of transport such as, for example, an aircraft.
  • the travel path of the laser scanner can be quickly and easily mounted in a defined position in an aircraft.
  • the laser scanner can carry out the measuring method autonomously and without the presence of operating personnel. This avoids that, for example, in the
  • Aircraft cabin present operator torsions or other deformations of the structure to be measured occur. Further, it is preferable if the laser scanner is also autonomous with respect to the power supply and carries with it an energy source such as a battery. Alternatively, a power supply, for example via the infrastructure (for example, the rails) take place.
  • FIG. 1 shows a schematic section of an aircraft cabin with a device for carrying out the method according to the invention
  • Fig. 2 a detail of Figure 1;
  • FIG. 3 shows schematically the mode of operation of the method according to the invention for illuminating undercuts
  • Aircraft cabin i. the part of the fuselage above the ground;
  • Tilt angles and scanner positions The broken line - shows the angle of incidence on the former surfaces, the solid line the angle of incidence on the skin surfaces.
  • Figure 1 shows in a section the interior of an aircraft cabin with the cabin floor 1 and the outer skin 2 of the Fuselage with the ribs 12. To prepare an interior, this aircraft cabin is to be measured.
  • two guide rails 3, 4 are arranged for the implementation of the measurement, each extending substantially parallel to the longitudinal axis of the cabin.
  • the two guide rails 3, 4 are arranged on different sides of the symmetry plane running in the direction of the longitudinal axis, which runs through the aircraft cabin in the xz plane.
  • stationary optical positioning system such as a laser tracker 5 is arranged. It serves as a reference for determining the location of a laser scanner 6, which is arranged to be movable on a self-propelled carriage 7.
  • the laser scanner 6 is designed to carry out so-called profile scans, in which the measuring beam for the measuring process rotates successively about an axis perpendicular to the beam direction and thus a measurement in a plane 8 is performed. It can be seen in particular in FIG. 2 that this scanning plane 8 is inclined at an angle ⁇ with respect to the plane 9 spanned by the y-axis and z-axis of the coordinate system of the interior.
  • the carriage 7 is placed on one end of the guide rail 3.
  • this scanning plane 8 is driven through the entire interior to be measured, so that it is measured.
  • the location of the carriage 7 during the measuring process is determined by means of the laser tracker 5.
  • the carriage 7 is placed on the parallel guide rail 4 and the measuring process is repeated.
  • the scanning plane 8 is tilted, so that it now encloses the angle - ⁇ with the yz plane 9. In this second scan, the interior is thus measured with a different scan plane.
  • the scanning plane 8 encloses the angle ⁇ with the yz plane 9
  • a part of this undercut structure 10 is shaded and accordingly not completely illuminated and measured, as can be seen in particular in FIG.
  • the scanning plane 8 with the yz plane 9 encloses the angle - ⁇ , so that now the previously shaded area is illuminated and measured, as can be seen in the right half of FIG.
  • the scan data obtained in the course of the scanning process can either be stored in the laser scanner 6 and read out after evaluation for evaluation or alternatively during the measurement, preferably wirelessly, to an output. be transmitted.
  • the obtained measuring points can then be converted into the coordinate system of the interior to be measured by means of the tracking information of the laser tracker 5. From the point clouds obtained in this way, a calculation of the three-dimensional coordinates of the interior to be measured can then preferably be carried out in a network representation.
  • FIGS. 5 to 12 describe the aspect of the invention which deals with the optimization of the scanning process of an aircraft cabin provided with radial ribs.
  • the arrow R shown in FIG. 5 shows the radius of the fuselage segment of an aircraft above the cabin floor
  • c horizontal distance of the laser scanner 6 from the radius center in the radial direction (y-axis)
  • h height of the laser scanner 6 above the cabin floor 11 (in the direction of the z-axis).
  • the scanner When performing a scan, the scanner is positioned in the aircraft interior, this position can be described by the parameters a, c, h described above. To carry out the scanning process, it is then moved parallel to the x-axis.
  • the scan plane 8 can be tilted from the yz plane 9 by the angles ⁇ , Y (as defined above).
  • the laser beam When carrying out the scanning operation, the laser beam is rotated in the scanning plane 8 defined by the tilt angles ⁇ , Y relative to the yz plane 9, this rotation process being described by the circumferential angle ⁇ .
  • the directions of the circumferential angle ⁇ with the amounts 0 °, 90 °, 180 ° and 270 ° are shown in FIG.
  • the measurement process should be optimized so that the cabin skin 2 on the one hand and the axial surfaces of the ribs 12 on the other hand are struck at the most obtuse angles possible.
  • the scanning process can be simulated by means of a mathematical model before the actual (usually expensive) implementation in order to determine which parameter combination a, c, h, ⁇ , Y gives the best possible "illumination" of the aircraft cabin for the given purpose.
  • a common math software such as MATLAB (www.mathworks.de) can be used.
  • the circumference angle ⁇ and vertically the angle of incidence of the laser beam on the cabin skin 2 pointing in the radial direction on the one hand and the axial surfaces of the ribs on the other hand are indicated horizontally. on the other hand applied.
  • the following parameters have been selected:
  • FIGS. 7 to 12 show further simulation calculations for other scanner positions or tilting of the scan plane.
  • FIGS. 9 and 10 show that a greater tilting of the scan plane leads to a more uniform illumination of the cabin skin on the one hand and axial surfaces of the ribs on the other hand.
  • comparatively larger regions of the circumferential angle ⁇ lead to a fairly uniform illumination of the cabin skin and ribs with obtuse or even reasonably acute angles of incidence.
  • the angle of incidence on the axial surfaces of the frames reaches 0 °.
  • FIGS. 11 and 12 show that a further improvement can be achieved by an off-center scanner position (c not equal to 0).
  • a central scanner position can sometimes be preset for practical reasons when a scanner path can not or does not readily attach off-center. If an off-center arrangement of the scanner is possible, amounts of the tilt angles ⁇ , Y in the range of 30 to 35 ° can lead to balanced results. It is also possible according to the invention to repeat the measurement with different parameters in order, for example, to have an angle range of the circumferential angle ⁇ , which in the first measurement in the region of the cabin skin and / or bulkhead has led to unacceptably acute angles of incidence, with a suitable other input. Repeat position of the parameters.
  • the simulation provides a good planning basis for the scan (efficient use with predictable quality and optimal adaptation to the individual problem). ever After object geometry, it may be useful to expand the calculation.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermessen des Innenraums eines langgestreckten Körpers (1, 2), der in einem globalen xyz-Koordinatensystem die Längsachse x aufweist, wobei ein Laser-Profilscan durchgeführt wird, bei dem ein Scans in einer Ebene durchführender Laserscanner (6) durch den Innenraum gefahren wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Scanebene (8) um einen Kippwinkel α um die y-Achse und/oder einen Kippwinkel γ um die z-Achse, vorzugsweise um die y-Achse und die z-Achse aus dem globalen Koordinatensystem des Innenraums gekippt ist.

Description

Verfahren zum Vermessen des Innenraums eines Flugzeugs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermessen des Innenraums eines langgestreckten Körpers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei der Planung des Innenausbaus eines Flugzeugs benötigt man eine genaue Kenntnis der dreidimensionalen Geometrie des Rumpfes oder RumpfSegments, in dem die Innenausbauten erfolgen sollen.
Aus offenkundiger Vorbenutzung sind sogenannte Laserscans von Innenräumen bekannt. In der Regel wird dabei ein kugelförmiger Scan durchgeführt, bei dem ein stationärer Laser um zwei Achsen geschwenkt wird und der Messstrahl den Innenraum in einem sogenannten Kugelscan abtastet. Entweder aus der Laufzeit des reflektierten Messstrahls oder bevor- zugt aus dessen Interferenz können Informationen über die Entfernung des Reflektionsortes gewonnen werden. Bei einem typischerweise in etwa zylindrischen Innenraum bspw. eines Flugzeugs unterscheidet sich die Qualität der so gewonnenen Messpunkte stark, da Messungen mit flachem Auftreffwinkel des Messstrahls oder einem größeren Abstand zwischen Ort des Lasers und Auftreffpunkt des Messstrahls typischerweise einen größeren Fehler aufweisen.
Ebenfalls aus offenkundiger Vorbenutzung ist eine sogenann- te Profilmessung oder Profilscan bekannt. Der Messstrahl wird bei einer solchen Profilmessung nur um eine Achse in einer Ebene rotieren gelassen, typischerweise ist es eine Ebene senkrecht zur Längsachse des zu vermessenen Innenraums . Auf oder parallel zu dieser Längsachse wird der Messlaser während der Profilmessungen oder zwischen Profil- messungen verfahren. Bei einem solchen Profilscan trifft der Messstrahl in der Regel senkrecht oder angenähert senkrecht auf die zu vermessenden Flächen, so dass eine verbesserte Messqualität erzielt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine einfache und qualitativ hochwertige Vermessung insbesondere langgestreckter Innenräume ermöglicht. Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass die Scanebene um einen Kippwinkel α um die y-Achse und/oder einen Kippwinkel Y um die z-Achse, vorzugsweise um die y-Achse und die z-Achse aus dem globalen Koordinatensystem des Innenraums gekippt ist.
Erfindungsgemäß kann effizient und mit weitgehend homogener Auflösung ein typischerweise in etwa zylindrischer Innenraum beispielsweise eines Flugzeugs vermessen werden. Da sowohl Auftreffwinkel als auch Auftreffentfernung des Messstrahls auf die zu vermessenen Bereiche geringeren Schwankungen unterliegen als beim Kugelscan des Standes der Tech- nik, hat das erfindungsgemäße Verfahren einen abschätzbaren und verhältnismäßig kleinen Messfehler. Die durch die Messungen erhaltenen Punktwolken selbst sind datentechnisch unhandlich und nur schwer zu handhaben. Erfindungsgemäß werden daraus bevorzugt durch ein sogenanntes Meshing soge- nannte Netze erzeugt, die den vermessenen Innenraum beschreiben und als Grundlage für die Weiterverarbeitung genutzt werden. Die Erfindung erlaubt durch ihren homogenen und verhältnismäßig kleinen Fehler sowie durch ein weitge- hendes Ausleuchten auch von Hinterschneidungen, wie nachfolgend beschrieben, die Bereitstellung einer guten Datengrundlage für die Berechnung eines solchen Netzes.
Zunächst seien einige im Rahmen der Erfindung verwendete Begriffe erläutert. Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Vermessen des Innenraums eines langgestreckten Körpers. Bei diesem langgestreckten Körper kann es sich beispielsweise um den Rumpf eines Flugzeuges, um einen Bahnwaggon oder dergleichen handeln. Insbesondere kann es sich somit um die Innenräume von Verkehrsmitteln handeln. In diesem Innenraum wird ein gedachtes rechtwinkliges Koordinatensystem aufgespannt. Die Längsachse x dieses Koordinatensystems weist in Längsrichtung, bei einem Verkehrsmittel in der Re- gel in die Fahrtrichtung. Bei der y-Achse handelt es sich um die Horizontalachse senkrecht zur x-Achse, die beispielsweise bei einem Flugzeug in Richtung der Flügel weist. Die z-Achse ist die Hochachse (vertikale Achse) . Dieses Koordinatensystem wird als globales Koordinatensys- tem des Innenraums bezeichnet und ist schematisch in Figur 2 dargestellt. Wird die in Figur 2 dargestellte Scanebene 8 um die y-Achse aus der yz-Ebene (Bezugsziffer 9) gedreht, wird dieser Kippwinkel mit α bezeichnet. Wird die Scanebene um die Hochachse z aus der yz-Ebene gedreht, wird der ent- sprechende Winkel mit γ bezeichnet (in Figur 2 nicht dargestellt) .
Erfindungsgemäß wird ein Laserprofilscan durchgeführt. Der Begriff bezeichnet einen Vorgang, bei dem der Messstrahl des Lasers um eine Achse gedreht wird und somit in einer Ebene eine Messung durchführt. Um ein vollständiges Bild des Innenraums zu erhalten, wird während oder zwischen Profilscans der Laserscanner durch den Innenraum gefahren, beispielsweise parallel zur x-Achse. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Scanebene um einen Kippwinkel α um die y-Achse und/oder einen Kippwinkel Y um die z-Achse, vorzugsweise um die y-Achse und die z-Achse aus dem globalen Koordinatensystem des Innenraums gekippt ist. Dies bedeutet, dass die Scanebene sich nicht deckt mit einer von den Achsen des globalen Koordinatensystems aufgespannten Ebene, beispielsweise nicht mit der in der Regel vertikalen yz- Ebene . Eine Kippung um wenigstens eine der genannten Achsen bedeutet, dass ein Verkippen um wenigstens eine Achse dieses globalen Koordinatensystems erfolgt ist. Ein Verkippen um die y-Achse verkippt die Scanebene beispielsweise aus der vertikalen yz-Ebene des globalen Koordinatensystems. Erfindungsgemäß kann die Scanebene um zwei oder um alle drei Achsen dieses globalen Koordinatensystems verkippt sein. Bevorzugt ist beispielsweise eine Verkippung um die y- und z-Achse des globalen Koordinatensystems. Ein zusätzliches Kippen um die x-Achse kann beispielsweise sinnvoll werden, falls eine konstruktionsbedingte Abschattung des Messstrahls durch das Scannergehäuse die vorgesehene Messung stört.
Dieses Verkippen der Scanebene hat den Vorteil, dass auf diese Weise etwaige Hinterschnitte in der abzutastenden Oberfläche besser ausgeleuchtet werden können. Durch die schräge Ausrichtung der Scanebene relativ zur yz-Ebene treffen die Messstrahlen auf die häufig in etwa zylindrische Oberfläche des Innenraums nicht rechtwinklig, sondern unter einem Winkel auf, der von der Verkippung des Scanebe- ne abhängt. Dieser Winkel ist jedoch -anders als bei einem sogenannten Kugelscan- im wesentlichen über den gesamten zu vermessenden Innenraum gleichbleibend, so dass auch die Messgenauigkeit für alle Bereiche des Innenraums im wesentlichen übereinstimmt.
Durch das in der Regel schräge Auftreffen des Messstrahls auf die zu vermessende Fläche des Innenraums, können etwaige Hinterschnitte besser ausgeleuchtet und messtechnisch mit erfasst werden. Solche Hinterschnitte können beispielsweise Aufnahmen oder sonstige Befestigungseinrichtungen für im Innenraum zu montierende Ausrüstungs- oder Einrichtungs- gegenstände sein. Da die Vermessung des Innenraums in der Regel der Vorbereitung bzw. Planung eines Innenausbaus dient, hat die messtechnische Erfassung solcher für die Montage relevanter Bereiche des Innenraums häufig eine besondere Bedeutung.
Der Laserscanner wird erfindungsgemäß durch den Innenraum gefahren. Die Verfahrrichtung orientiert sich bevorzugt an der Längsachse x des Innenraums und kann zu dieser Längsachse im wesentlichen parallel sein. Bevorzugt handelt es sich um eine Gerade, erfindungsgemäß ist jedoch auch ein von einer Geraden abweichendes Verfahren denkbar. Die Generalrichtung des Verfahrweges wird sich jedoch auch bei einem von einer Geraden abweichenden Verfahren in der Regel an der Längsachse x des Innenraums orientieren.
Das Verfahren des Laserscanners kann erfindungsgemäß durch mehrfaches manuelles Umsetzen des Laserscanners innerhalb des zu vermessenden Innenraums zwischen den Laserscans erfolgen. Bevorzugt ist es jedoch, wenn der Laserscanner eine fahrbare Einrichtung wie beispielsweise ein Fahrzeug aufweist bzw. darauf montiert ist. Ein solches Fahrzeug kann frei beweglich durch den Innenraum ausgeführt sein, beispielsweise frei auf dem Kabinenboden eines Flugzeuginnen- raums fahren. Bevorzugt kann es jedoch sein, wenn eine definierte Führung bzw. ein definierter Fahrweg für dieses Fahrzeug vorgesehen ist. Dieser Fahrweg kann bereits vorhandene Einrichtungen des Innenraums nutzen, beispielsweise die Sitzschienen zur Montage von Sitzen auf dem Kabinenboden eines Flugzeugs. Es kann sich jedoch auch um einen temporär im zu vermessenden Innenraum installierbaren Fahrweg handeln, beispielsweise um Schienen, durch den Innenraum gespannte Seile oder dergleichen.
Für die Auswertung der Messergebnisse muss der Ort des Laserscanners während einer Messung im Koordinatensystem des zu vermessenden Innenraums bekannt sein. Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß eine im Stand der Technik bereits be- kannte Orts- und Orientierungsverfolgung des Laserscanners im Innenraum verwendet. Bei einem manuellen Festsetzen des Laserscanners zwischen den Messungen kann der Laserscanner für jede Messung an einem vorher definierten und damit bekannten Ort positioniert werden. Bei der bevorzugten Anord- nung des Laserscanners auf einem Fahrzeug können ein Teil der Ortskoordinaten des Laserscanners bereits durch die schienengebundene Führung des Fahrwegs vorgegeben sein. Weitere Ortskoordinaten auf dem Verfahrweg können beispielsweise bestimmt werden durch mechanische Systeme, die beispielsweise Markierungen auf dem Fahrweg erkennen und auswerten oder Raddrehgebersensoren an dem Fahrzeug aufweisen. Zusätzlich können beispielsweise Neigungssensoren vorhanden sein, die ein während des Verfahrens des Fahrzeugs auftretendes Neigen, Kippen oder Gieren erkennen. Durch die Erfassung auch solcher Neige-, Kipp- und Gierbewegungen kann die Messgenauigkeit deutlich erhöht werden. Eine Ortsverfolgung des Laserscanners kann ferner durch im Stand der Technik bekannte optische Systeme wie beispielsweise ein sogenanntes Lasertracking erfolgen. Möglich ist ferner eine Ortsverfolgung durch akustische oder sonstige elektromagnetische Wellen, beispielsweise mittels Ultraschall, Radar, Satellitenortungssystemen wie GPS bzw. Dif- ferential-GPS oder dergleichen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der Laserscanner wenigstens zweimal durch den Innenraum gefahren, und die
Scanebene bei beiden Scans um einen unterschiedlichen Winkel aus dem Koordinatensystem aus der yz-Ebene des Koordinatensystems des Innenraums, gekippt. Dies bedeutet, dass bei beiden Scans der Messstrahl die zu vermessende Fläche aus unterschiedlichen Winkeln trifft. Das Verkippen kann erfindungsgemäß um einen Winkel α um die y-Achse und/oder um einen Winkel γ um die z-Achse erfolgen. Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, wenn das durchgeführte Kippen eine Winkelkomponente α enthält, dann also die Scan-Ebene jeden- falls auch um einen Winkel α um die y-Achse aus der yz- Ebene gekippt ist. Es kann ferner bevorzugt sein, dass bei dem zweimaligen Scannen des Innenraums ein Verkippen ausschließlich um einen Winkel α um die y-Achse (beziehungsweise bei dem zweiten Scan um einen Winkel -α um die y- Achse) erfolgt. Durch einen solchen wenigstens zweifachen Scan mit unterschiedlichen Scanebenen können komplexere Hinterschnitte oder vergleichbare Strukturen erfindungsgemäß vollständig oder weitgehend vollständig ausgeleuchtet und damit vermessen werden. Im Rahmen dieser Ausführungs- form bedeutet der Begriff „wenigstens zweimal durch den Innenraum fahren", dass der Laserscanner unter Verwendung der beiden genannten unterschiedlichen Scanebenen den Innenraum abtastet. Der Laserscanner kann dabei physisch zweimal hin- tereinander durch den Innenraum gefahren werden, wobei er bei den beiden Fahrvorgängen auf die beiden unterschiedlichen Scanebenen mit unterschiedlichen Kippwinkeln aus der yz-Ebene des Koordinatensystems des Innenraums eingestellt wird. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, dass der Laserscanner physisch lediglich einmal durch den Innenraum bewegt wird und dabei alternierend (bevorzugt schnell alternierend im Verhältnis zu der Verfahrgeschwindigkeit des Laserscanners) eine Abtastung des Innenraums in den wenigstens zwei unterschiedlichen Scanebenen vorgenommen wird. Bei einem diskontinuierlichen Verfahren des Laserscanners zwischen den Scanvorgängen ist es möglich, dass der Laserscanner von einem einzigen Ort aus zwei Profilscans in den unterschiedlichen Scanebenen durchführt und an- schließend in seine nächste Messposition verfahren wird.
Alle diese Varianten sind umfasst von der Formulierung „wenigstens zweimal durch den Innenraum fahren". Bei einem diskontinuierlichen Verfahren des Laserscanners wird das Verfahren bevorzugt gestoppt, während ein Scan in einer Ebene stattfindet. Bei dieser Arbeitsweise werden Ebenen gescannt; der Abstand zweier Scanebenen entspricht dem Verfahrweg des Laserscanners zwischen zwei Scanvorgängen. Durch die Konstruktion eines Laserscanners kann unter Umständen nicht das gesamte 360°-Segment einer Scanebene überstrichen werden, bedingt beispielsweise durch einen
Steg am Scannergehäuse kann der Scanwinkel auf beispielsweise etwa 320° eingeschränkt sein. In diesem Fall wird der Abschattungsbereich des Laserscanners vorzugsweise so positioniert, dass die Abschattung zu einem messtechnisch nicht interessierenden Bereich des Innenraums hin erfolgt, beispielsweise zum Flugzeugboden. Wenn das Abtasten der Scanebenen während eines kontinuierlichen Verfahrens des Laserscanners erfolgt, wird im Ergebnis eine Helix abgetastet. In der Regel ist aus praktischen Gründen (Geschwindigkeit) eine solche Helix-Abtastung bevorzugt.
Die Scanebene kann erfindungsgemäß um einen Winkel von 5 bis 50°, vorzugsweise 5 bis 30°, weiter vorzugsweise 5 bis 20°, besonders bevorzugt 5 bis 15° aus der yz-Ebene des Koordinatensystems des Innenraums gekippt sein. Das Kippen erfolgt bevorzugt mindestens mit einem Winkel α um die y- Achse, also die Horizontalachse senkrecht zur Längsrichtung x und/oder einem Winkel γ um die z-Achse. Ein Winkel von 5 bis 15°, insbesondere beispielsweise etwa 10°, ist bevorzugt, da sich dieser Winkelbereich besonders eignet, um einerseits übliche Hinterschneidungen hinreichend auszuleuchten und andererseits ein den Messfehler erhöhendes Auftref- fen des Messstrahls auf die zu vermessenden Flächen des Innenraums in einem sehr flachen Winkel zu vermeiden. Es kann im Rahmen der Erfindung bevorzugt sein, ein Verkippen um die genannten Winkelbeträge ausschließlich um die y-Achse (Winkel α) durchzuführen. Abhängig von der gewünschten Messgenauigkeit einerseits und Art und Tiefe etwaiger auszuleuchtender Hinterschneidungen andererseits kann der Winkel angepasst werden. Bevorzugt ist die Scanebene bei den beiden Scans in unterschiedlicher Richtung der x-Achse aus der yz-Ebene gekippt. Beispielsweise kann sie bei einem ersten Scan um α=10° nach vorne (bei einem Verkehrsmittel in Fahrt- bzw. Flugrichtung) aus der yz-Ebene gekippt sein, bei einem zweiten Scan um den gleichen Betrag des Kippwinkels nach hinten (-α) .
Übliche Verkehrsmittel wie beispielsweise Flugzeuge sind häufig spiegelsymmetrisch zu einer xz-Ebene ihres Koordinatensystems, also einer durch Längsachse und Hochachse verlaufenden Spiegelebene. Es ist im Rahmen der Erfindung mög- lieh, den Verfahrweg des Laserscanners mittig in dem Innenraum, also in der Spiegelebene verlaufend, anzuordnen. Erfindungsgemäß ist es jedoch auch möglich, bei den beiden Scans den Scanner auf unterschiedlichen Fahrwegen, bei- spielsweise auf unterschiedlichen Seiten einer solchen
Spiegelebene, soweit sie vorhanden ist, zu verfahren. Insbesondere ist es möglich, dass die beiden Verfahrwege zueinander parallele Geraden sind, die im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zu der Spiegelebene xz des Innenraums ver- laufen. Erfindungsgemäß ist es jedoch auch möglich, dass die beiden Verfahrwege bzw. Verfahrachsen unterschiedliche Abstände von der Mittellinie des Innenraums aufweisen. Bei einem spiegelsymmetrischen Innenraum verläuft diese Mittellinie in der Spiegelebene xz des Innenraums. Dieses Verfah- ren des Laserscanners auf zwei Verfahrwegen beabstandet von der Mittelachse des Innenraums erleichtert das Ausleuchten auch solcher Hinterschneidungen, die seitlich (in Richtung der y-Achse) weisen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt in einem Flugzeugrumpf mit einem Boden und einer sich oberhalb des Bodens im wesentlichen kreissegmentförmig erstreckenden, mit radial verlaufenden Spanten versehenen Außenhaut.
Ein in der Praxis häufiges Problem ist die Vermessung eines Flugzeuginnenraums zwecks Gestaltung eines Kabineninterieurs oder von Einbauten in die Kabine. Für die Gestaltung sogenannter Business Jets oder VIP Jets werden häufig nach Kundenwunsch gestaltete Einbauten entworfen, die genau an die Innenmaße des Rumpfes angepasst sein müssen. Der Rumpf von als Basis für solche Ausbauten dienenden Verkehrsflugzeugen ist üblicherweise durch einen Boden unterteilt in einen oberen Bereich (die Kabine) und einen unterhalb des Bodens liegenden Rumpfbereich, der beispielsweise als Frachtraum, zur Aufnahme von Steuerleitungen und dergleichen dient. Bei der Vermessung eines Flugzeuginnenraums zwecks Vorbereitung eines individuellen Ausbaus kommt es maßgeblich darauf an, die Kabinenaußenhaut und die dort vorhandenen Installationen oberhalb des Bodens zu vermes- sen. In speziellen Fällen kann auch der Bereich unter dem Fußboden von Interesse sein. Dies ist insbesondere der Fall, falls Umbauten in den Frachträumen, oder Systeminstallationen im Fussbodenträgerbereich gewünscht werden.
Zur Planung von Antennen und ähnlichem kann darüber hinaus auch ein Scan der Außenstrukturen sinnvoll sein.
Ein Flugzeugrumpf besitzt üblicherweise an der Innenseite in vorgegebenen axialen Abständen radial verlaufende Span- ten, sowie eine mit radial angeordneten, axial verlaufenden Stringern versteifte Haut, welche zusammen dem Rumpf die gewünschte Steifigkeit verleihen. Bei der Gestaltung eines Innenausbaus kommt es darauf an, nicht nur die Kontur der Außenhaut, sondern auch die Konturen der Spanten zu vermes- sen.
Zur Erzielung einer hohen Messgenauigkeit soll der Laserstrahl möglichst senkrecht oder in einem stumpfen Winkel auf die zu vermessende Oberfläche auftreffen. Ein Auftref- fen in einen spitzen Winkel erhöht die Messungenauigkeit .
Die Innenfläche der Außenhaut eines Flugzeugrumpfes einerseits und die in Axialrichtung des Flugzeugrumpfes weisen- den Flächen der Spanten andererseits stehen üblicherweise etwa in einem rechten Winkel zueinander. Beide dieser Flächen sollen vom Messstrahl unter einem möglichst stumpfen Winkel getroffen werden, was bei rechtwinklig zueinander stehenden Flächen grundsätzlich problematisch ist.
Gemäß einem weitern Aspekt der Erfindung werden daher beim Vermessen eines solchen Flugzeugrumpfes die Parameter:
- Kippwinkel α um die y-Achse, Kippwinkel Y um die z-Achse, relative Lage des Laserscanners zur Rotationssymmetrieachse der sich oberhalb des Bodens im Wesentlichen kreissegmentförmig erstreckenden Außenhaut,
derart ausgewählt, dass im Scanvorgang ein möglichst großer Flächenanteil sowohl der in Radialrichtung weisenden Innenflächen der Außenhaut als auch der in Axialrichtung weisenden Flächen der Spanten vom Laserstrahl unter einem Winkel getroffen werden, der höchstens 60° von der Senkrechten, vorzugsweise höchstens 50° von der Senkrechten, weiter vorzugsweise höchstens 45° von der Senkrechten abweicht.
Die Erfindung hat erkannt, dass sich mittels einer geeigne- ten Auswahl der Winkel α, Y sowie einem entsprechenden
Versetzen des Laserscanners von der Rotationssymmetrieachse der sich oberhalb des Bodens im wesentlichen kreissegment- förmig erstreckenden Außenhaut (bei nicht exakt kreisseg- mentförmigen Rümpfen wird anstelle der Rotationssymmetrie- achse die entsprechende Mittelachse als Bezugsachse gewählt) die Flächenanteile sowohl der Innenseite der Außenhaut (diese weist im wesentlichen in Radialrichtung) als auch der Axialflächen der Spanten minimieren lassen, die unter einem für die Messungenauigkeit ungünstigen Spitzenwinkel getroffen werden. Erfindungsgemäß können so die Flächenanteile maximiert werden, die unter einem höchstens 60° von der Senkrechten abweichenden Winkel, vorzugsweise höchstens 50° von der Senkrechten abweichenden Winkel, weiter vorzugsweise höchstens 45° von der Senkrechten abweichenden Winkel getroffen werden. Beispiele für die konkrete Durchführung dieser Optimierung und die Wahl geeigneter Parameter finden sich im Ausführungsbeispiel. Häufig wird es bevorzugt sein, wenn bei der Vermessung eines solchen Flugzeugrumpfes mit Spanten der Betrag des Kippwinkels α und/oder der Betrag des Kippwinkels Y zwischen 15 und 75°, vorzugsweise zwischen 30 und 60° liegt.
Eine erfindungsgemäße Anordnung zur Durchführung des Verfahren kann eine Basis mit darauf angeordneten Verfahrwegen (beispielsweise Schienen) für einen Laserscanner aufweisen, die Mittel zur Verbindung mit den Sitzschienen im Kabinenboden eines Verkehrsmittels wie beispielsweise eines Flug- zeugs aufweisen. Auf diese Weise kann der Fahrweg des Laserscanners schnell und einfach in eine definierte Position in einem Flugzeug montiert werden. Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, wenn der Laserscanner das Messverfahren autonom und ohne Anwesenheit von Bedienungspersonal durchführen kann. Dies vermeidet, dass beispielsweise durch in der
Flugzeugkabine anwesendes Bedienungspersonal Verwindungen oder sonstige Verformungen der zu vermessenden Struktur auftreten. Weiter ist es bevorzugt, wenn der Laserscanner autonom auch im Hinblick auf die Energieversorgung ist und eine Energiequelle wie beispielsweise eine Batterie mit sich führt. Alternativ kann eine Energieversorgung beispielsweise über den Fahrweg (beispielsweise die Schienen) erfolgen. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1: schematisch einen Anschnitt einer Flugzeugkabine mit einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2: einen Ausschnitt aus Figur 1;
Fig. 3: schematisch die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ausleuchtung von Hinterschnitten;
Fig. 4: einen Ausschnitt aus Fig. 3.
Fig. 5: schematisch einen Querschnitt durch eine
Flugzeugkabine, d.h. den Teil des Flugzeugrumpfes oberhalb des Bodens;
Fig. 6 bis 12: schematisch die berechneten Eintreffwinkel des Laserstrahls auf die Innenseite der Außenhaut des Rumpfes bzw. den Boden einerseits und die Axialflächen der Spanten ande- rerseits für verschiedene Kombinationen von
Kippwinkeln und Scannerpositionen. Die unterbrochene Linie - zeigt den Eintreffwinkel auf die Spantflächen, die durchgezogene den Eintreffwinkel auf die Hautflächen.
Figur 1 zeigt in einem Anschnitt den Innenraum einer Flugzeugkabine mit dem Kabinenboden 1 und der Außenhaut 2 des Rumpfes mit den Spanten 12. Zur Vorbereitung eines Innenausbaus soll diese Flugzeugkabine vermessen werden.
Auf dem Kabinenboden 1 sind für die Durchführung der Ver- messung zwei Führungsschienen 3, 4 angeordnet, die jeweils im wesentlichen parallel zur Längsachse der Kabine verlaufen. Die beiden Führungsschienen 3, 4 sind auf unterschiedlichen Seiten der in Richtung der Längsachse laufenden Symmetrieebene angeordnet, die in der xz-Ebene durch die Flug- zeugkabine läuft.
An einem bekannten Referenzort in der Flugzeugkabine wird stationär ein optisches Ortungssystem wie beispielsweise ein Lasertracker 5 angeordnet. Er dient als Referenz zur Feststellung des Ortes eines Laserscanners 6, der fahrbar auf einem selbstfahrenden Wagen 7 angeordnet ist. Der Laserscanner 6 ist zur Durchführung sogenannter Profilscans ausgebildet, bei denen der Messstrahl für den Messvorgang sukzessive um eine Achse senkrecht zur Strahlrichtung ro- tiert und somit eine Messung in einer Ebene 8 durchgeführt wird. Insbesondere in der Figur 2 ist zu erkennen, dass diese Scanebene 8 gegenüber der durch die y-Achse und z- Achse des Koordinatensystems des Innenraums aufgespannten Ebene 9 um einen Winkel α geneigt ist.
Zur Durchführung einer Vermessung wird der Wagen 7 auf ein Ende der Führungsschiene 3 gesetzt. Es erfolgt dann eine Abtastung des Innenraums in der Scanebene 8. Im Zuge des langsamen Verfahrens des Wagens 7 entlang der Schiene 3 wird diese Scanebene 8 durch den gesamten zu vermessenden Innenraum gefahren, so dass dieser vermessen wird. Der Ort des Wagens 7 während des Messvorgangs wird mittels des La- sertrackers 5 bestimmt. In einem zweiten Schritt wird der Wagen 7 auf die parallel verlaufende Führungsschiene 4 gesetzt und der Messvorgang wiederholt. Bei diesem zweiten Messvorgang wird die Scane- bene 8 verkippt, so dass sie jetzt mit der yz-Ebene 9 den Winkel -α einschließt. Bei diesem zweiten Scanvorgang wird der Innenraum somit mit einer unterschiedlichen Scanebene vermessen.
In Figur 3 und 4 ist zu erkennen, dass eine hinterschnitte- ne Struktur 10 im Innenraum des Flugzeugs weitgehend vollständig ausgeleuchtet und damit vermessen werden kann, wenn zwei Scans mit zueinander geneigten Scanebenen 8 erfolgen.
In den Figuren 3 und 4 ist eine hinterschnittene Struktur
10 an der Kabinendecke zu erkennen. Bei dem ersten Messvorgang, bei dem die Scanebene 8 mit der yz-Ebene 9 den Winkel α einschließt, wird ein Teil dieser hinterschnittenen Struktur 10 abgeschattet und dementsprechend nicht voll- ständig ausgeleuchtet und vermessen, wie insbesondere in Figur 4 zu erkennen ist. Bei dem zweiten Messvorgang schließt die Scanebene 8 mit der yz-Ebene 9 den Winkel -α ein, so dass jetzt der zuvor abgeschattete Bereich ausgeleuchtet und vermessen wird, wie in der rechten Hälfte der Figur 4 zu erkennen ist. Durch das zweifache Vermessen mit jeweils unterschiedlich geneigten Scanebenen ist somit die hinterschnittene Struktur 10 vollständig oder doch zumindest weitestgehend erfasst.
Die im Zuge des Scanvorgangs erhaltenen Scandaten können entweder im Laserscanner 6 gespeichert und nach Beendigung der Messung zur Auswertung ausgelesen werden oder alternativ während der Messung, bevorzugt drahtlos, an eine Aus- werteeinheit übertragen werden. Die erhaltenen Messpunkte können dann mittels der Tracking-Informationen des La- sertrackers 5 in das Koordinatensystem des zu vermessenden Innenraumes umgerechnet werden. Aus den so erhaltenen Punktwolken kann dann bevorzugt in einer Netzdarstellung eine Errechnung der dreidimensionalen Koordinaten des zu vermessenden Innenraumes erfolgen.
In den Figuren 5 bis 12 wird der Aspekt der Erfindung be- schrieben, der sich mit der Optimierung des Scanvorgangs einer mit radial verlaufenden Spanten versehenen Flugzeugkabine befasst.
Der in Figur 5 dargestellte Pfeil R zeigt den Radius des RumpfSegments eines Flugzeugs oberhalb des Kabinenbodens
11. Die Positionierung des Laserscanners 6 relativ zu diesem Radiusmittelpunkt wird durch folgende Parameter beschrieben:
a: Höhe des Radiusmittelpunkts über dem Kabinenboden
(in Richtung der z-Achse des Koordinatensystems) c: horizontaler Abstand des Laserscanners 6 vom Radiusmittelpunkt in Radialrichtung (y-Achse) h: Höhe des Laserscanners 6 über dem Kabinenboden 11 (in Richtung der z-Achse) .
Bei der Durchführung eines Scans wird der Scanner im Flugzeuginnenraum positioniert, diese Position kann durch die vorstehend beschriebenen Parameter a, c, h beschrieben wer- den. Zur Durchführung des Scanvorgangs wird er dann parallel zur x-Achse verfahren. Die Scanebene 8 kann aus der yz-Ebene 9 um die Winkel α, Y (wie vorstehend definiert) gekippt werden. Bei der Durchführung des Scanvorgangs wird der Laserstrahl in der durch die Kippwinkel α, Y definierten Scanebene 8 relativ zur yz- Ebene 9 rotieren gelassen, dieser Rotationsvorgang wird beschrieben durch den Umfangswinkel ω. Die Richtungen des Umfangswinkels ω mit den Beträgen 0°, 90°, 180° und 270° sind in Figur 5 eingezeichnet. Bei einem Umfangswinkel ω=180° weist somit der Laserstrahl nach oben, ohne dabei notwendigerweise parallel zur z-Achse zu sein, da er ja um die Kippwinkel α, Y aus der yz-Ebene gekippt sein kann.
Bei der Vermessung eines Flugzeugrumpfes mit Radialspanten soll der Messvorgang so optimiert werden, dass die Kabinen- haut 2 einerseits und die Axialflächen der Spanten 12 andererseits unter möglichst stumpfen Winkeln getroffen werden. Erfindungsgemäß kann der Scanvorgang vor der eigentlichen (in der Regel aufwendigen) Durchführung mittels eines mathematischen Models simuliert werden, um festzustellen, bei welcher Parameterkombination a, c, h, α, Y man die für den gegebenen Zweck bestmögliche „Ausleuchtung" der Flugzeugkabine erhält. Zur Durchführung einer Simulation kann eine übliche Mathematiksoftware wie beispielsweise MATLAB (www.mathworks.de) verwendet werden.
Die Figuren 6 bis 10 zeigen verschiedene Simulationsergebnisse für das Beispiel einer Airbus A310 ähnlichen Rumpfgeometrie (Radius R=2650 mm) . In den Figuren ist jeweils horizontal der Umfangswinkel ω und vertikal der Auftreffwin- kel des Laserstrahls auf die in Radialrichtung weisende Kabinenhaut 2 einerseits und die Axialflächen der Spanten an- dererseits aufgetragen. Für das Beispiel der Figur 6 wurden die folgenden Parameter gewählt:
a = 200 mm c = 500 mm h = 300 mm α = 30°
Y = -20°
Man erkennt in Figur 6 zunächst, dass die Kurven der Auftreffwinkel jeweils eine Unstetigkeitsstelle bei etwas unter 90° und etwas über 270° (Umfangswinkel ω) aufweisen. Diese Unstetigkeitsstelle markiert den Übergang des Laserstrahls von der Kabinenhaut 2 auf den Kabinenboden 11. In aller Regel soll die Kabinenhaut und nicht der Kabinenboden mit hoher Genauigkeit vermessen werden, so dass auf geeignete (stumpfe) Auftreffwinkel insbesondere im Bereich zwischen diesen beiden Unstetigkeitsstellen geachtet werden muss .
Man erkennt in Figur 6, dass die Kurven der Auftreffwinkel auf Kabinenhaut und Axialflächen der Spanten horizontal um die Winkellage von 45° gespiegelt sind. Dies ist zu erklären durch die rechtwinklige Anordnung von Kabinenhaut 2 und Axialflächen der Spanten 12 zueinander. Da der Scanner für die Zwecke dieser Simulation nicht in der Mitte des Kabinenbodens, sondern außermittig angenommen wird (c = 500mm) , sind die Kurven der Auftreffwinkel nicht symmetrisch zueinander um ω = 180°.
Aus Figur 6 erkennt man, dass die Kabinenhaut durchgängig unter einem stumpfen Umfangswinkel von etwa 50° oder größer getroffen wird. Die Axialflächen der Spanten werden hingegen unter vergleichsweise spitzeren Winkeln getroffen.
Die Figuren 7 bis 12 zeigen weitere Simulationsrechnungen für andere Scannerpositionen bzw. Verkippungen der Scanebene. In den Figuren 7 bis 10 wird angenommen, dass der Scanner mittig in der Kabine (c = 0 positioniert wird.)
In Figur 7 wird für die Verkippung der Scanebene α = 0°, Y = -15° angenommen. Man erkennt, dass die Kabinenhaut 2 hier grundsätzlich unter stumpfen Winkeln getroffen wird, dass jedoch die Axialflächen der Spanten unter verhältnismäßig spitzen Winkeln getroffen werden, der Auftreffwinkel erreicht für Umfangswinkel ω = 180° den Wert von 0°.
Figur 8 zeigt die Simulation für eine Verkippung der Scanebene mit den Werten α = 15°, Y = 0°. Auch hier wird wieder die Kabinenhaut in stumpfen Winkeln getroffen, die Axialflächen der Spanten hingegen in eher spitzen Winkeln, die zu dem für Umfangswinkel ω von 90 und 270° wieder den Wert 0° erreichen.
Die Figuren 9 und 10 zeigen, dass ein stärkeres Verkippen der Scanebene zu einer gleichmäßigeren Ausleuchtung von Ka- binenhaut einerseits und Axialflächen der Spanten andererseits führt. In der Simulation der Figur 9 betragen die Kippwerte α = 30°, Y = -30°, in der Simulation der Figur 10 sind die entsprechenden Werte α = 45°, Y = -45°. Es kommt hier über vergleichsweise größere Bereiche des Umfangswin- kels ω zu einer recht gleichmäßigen Ausleuchtung von Kabinenhaut und Spanten mit stumpfen oder noch vertretbar spitzen Auftreffwinkeln. Allerdings gibt es auch hier Stellen, bei denen der Auftreffwinkel auf die Axialflächen der Spanten 0° erreicht.
Die Figuren 11 und 12 zeigen, dass sich eine weitere Ver- besserung erreichen lässt durch eine außermittige Scannerposition (c ungleich 0) . Die Figur 11 zeigt eine solche Simulation für Kippwinkel α = 30°, Y = -30°, die Figur 12 für
Kippwinkel α = 45°, Y = -45°. Es ist zu erkennen, dass über dem gesamten Umfangswinkelbereich zwischen den Unstetig- keitsstellen (also während des Überstreichens der Kabinenhaut 2) sowohl Kabinenhaut als auch Axialflächen der Spanten unter stumpfen oder vertretbar spitzen Winkeln überstrichen werden.
Aus den Figuren ist zu erkennen, dass im beschriebenen Ausführungsbeispiel für den Fall einer mittigen Scannerposition Kippwinkelbereich α = 45°, Y = -45° zu einem vergleichsweise ausgewogenen Messergebnis führen. Eine mittige Scannerposition kann manchmal aus praktischen Gründen vorgege- ben sein, wenn sich ein Verfahrweg für den Scanner nicht oder nicht ohne weiteres außermittig anbringen lässt. Ist eine außermittige Anordnung des Scanners möglich, können Beträge der Kippwinkel α, Y im Bereich 30 bis 35° zu ausgewogenen Ergebnissen führen. Es ist erfindungsgemäß auch möglich, die Messung mit unterschiedlichen Parametern zu wiederholen, um beispielsweise einen Winkelbereich des Um- fangswinkels ω, der bei der ersten Messung im Bereich von Kabinenhaut und/oder Spant zu unzuträglich spitzen Eintreffwinkeln geführt hat, mit einer geeigneten anderen Ein- Stellung der Parameter zu wiederholen.
Die Simulation bietet eine gute Planungsgrundlage für den Scan (effizienter Einsatz mit vorhersagbarer Qualität und optimaler Anpassung an die individuelle Fragestellung) . Je nach Objektgeometrie kann es sinnvoll sein, die Berechung zu erweitern.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Vermessen des Innenraums eines langgestreckten Körpers (1, 2), der in einem globalen xyz- Koordinatensystem die Längsachse x aufweist, wobei ein Laser-Profilscan durchgeführt wird, bei dem ein Scans in einer Ebene durchführender Laserscanner (6) durch den Innenraum gefahren wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Scanebene (8) um einen Kippwinkel α um die y- Achse und/oder einen Kippwinkel Y um die z-Achse, vorzugsweise um die y-Achse und die z-Achse aus dem globalen Koordinatensystem des Innenraums gekippt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserscanner (6) entlang einer im Wesentlichen zur
Längsachse x parallelen Achse durch den Innenraum gefahren wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich- net, dass der Laserscanner (6) wenigstens zweimal durch den Innenraum gefahren wird und die Scanebene (8) bei beiden Scans um einen unterschiedlichen Winkel α und/oder Y aus dem Koordinatensystem des Innenraums gekippt ist, wobei vorzugsweise die Scanebene (8) bei ei- nem ersten Scan in eine erste Richtung der x-Achse um die y-Achse und/oder z-Achse und bei einem zweiten Scan in die andere Richtung der x-Achse um die y-Achse und/oder z-Achse aus der yz-Ebene (9) gekippt ist, wobei weiter vorzugsweise der Betrag der Kippwinkel α und/oder Y bei dem ersten und zweiten Scan identisch ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Scanebene (8) um einen Winkel α und/oder Y von 5 bis 50°, vorzugsweise 5 bis 30°, weiter vorzugsweise 5 bis 20°, weiter vorzugsweise 5 bis 15° aus der yz-Ebene (9) des Koordinatensystems des Innenraums gekippt ist.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserscanner (6) bei dem ersten und zwei- ten Scan entlang zweier unterschiedlicher Achsen (3, 4) durch den Innenraum gefahren wird, wobei vorzugsweise die beiden unterschiedlichen Achsen (3, 4) zueinander und zur Längsachse x des Innenraums im Wesentlichen parallel sind, und entweder im Wesentlichen spiegelsym- metrisch zu einer durch die Längsachse x des Innenraums verlaufenden Ebene angeordnet sind oder unterschiedliche Abstände von der Mittellinie des Innenraums aufweisen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren des Laserscanners (6) diskontinuierlich erfolgt und das Abtasten einer oder mehrerer Scanebenen in den Verfahrpausen des Laserscanners (6) erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren des Laserscanners (6) und das Abtasten einer oder mehrerer Scanebenen gleichzeitig erfolgt, wobei der Verfahrvorgang bevorzugt kon- tinuierlich ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der langgestreckte Körper ein Flug- zeugrumpf mit einem Boden und einer sich oberhalb des Bodens im Wesentlichen kreissegmentförmig erstreckenden, mit radial verlaufenden Spanten versehenen Außenhaut ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter
Kippwinkel α um die y-Achse, - Kippwinkel Y um die z-Achse, relative Lage des Laserscanners zur Rotationssymmetrieachse der sich oberhalb| des Bodens im Wesentlichen kreissegmentförmig erstreckenden Außenhaut,
dergestalt ausgewählt sind, dass im Scanvorgang ein möglichst großer Flächenanteil sowohl der in Radialrichtung weisenden Innenflächen der Außenhaut als auch der in Axialrichtung weisenden Flächen der Spanten vom Laserstrahl unter einem Winkel getroffen werden, der höchstens 60° von der Senkrechten, vorzugsweise höchstens 50° von der Senkrechten, weiter vorzugsweise höchstens 45° von der Senkrechten abweicht.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag des Kippwinkels α 15 bis 75°, vorzugsweise 30 bis 60° beträgt.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeich- net, dass der Betrag des Kippwinkels Y 15 bis 75°, vorzugsweise 30 bis 60° beträgt.
12. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Basis mit darauf angeordneten Verfahrwegen für einen Laserscanner aufweist, die Mittel zur Verbindung mit den Sitzschienen im Kabinenboden eines Verkehrsmittels, insbesondere Flugzeugs, aufweist.
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