KR102458009B1 - 레이저 트랙커를 이용한 항공기 기체 정렬 검사 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 검사 대상 항공기의 주변에 4개소 이상의 공간 기준점 및 공간 좌표계를 설정하는 단계, 상기 공간 좌표계를 기준으로 상기 항공기의 정렬 상태를 측정하기 위한 상기 항공기 외부의 복수 개의 항공기 기준점을 설정하는 단계, 복수 개의 상기 항공기 기준점을 포함하는 외부 검사점의 상기 공간 좌표계 상 위치를 복수 개의 레이저 트랙커를 이용하여 측정하는 단계 및 상기 외부 검사점의 측정 결과로부터 상기 항공기의 정렬상태를 판단하기 위한 검사항목을 계산하는 단계를 포함하는 레이저 트랙커를 이용한 항공기 기체 정렬 검사 방법으로서, 본 발명에 의하면, 측정오차를 최소화 할 수 있는 레이저 트랙커 시스템과 제작단계부터 엄격히 선정된 외부 검사점을 이용하여 항공기의 동체, 주익, 미익 및 착륙장치와 같은 주요 구조물들이 허용된 범위 내 정렬되어 있는지 가시적으로 판별할 수 있다.

Description

레이저 트랙커를 이용한 항공기 기체 정렬 검사 방법{AIRCRAFT ALIGNMENT INSPECTION METHOD USING LASER TRACKER}

본 발명은 제작 최종 단계의 항공기의 기체 정렬 상태를 검사하는 방법에 관한 것이다.

항공 산업의 비약적 발전은 항공기 인증(Aircraft Certification)을 항공기 안전성 확보 및 입증을 위한 필수적 요소로 부각시켰고, 동시에 인증 방법의 적합성 또한 중요사항으로 대두시켰다.

부적합하고 불명확한 품질인증 방법은 결함이 아닌 사항을 결함으로 오판할 수 있으며, 반대로 결함 기체에 운용 적합성을 부여할 수도 있다. 이는 곧 금전적 손실을 야기할 뿐만 아니라, 인명 피해를 포함한 항공사고로 이어지는 결과를 초래할 수 있다. 그러므로 개발 단계에서부터 명확한 충족기준, 타당한 검증방법, 신뢰성 있는 분석방법 수립이 수반되어야 한다.

항공기 품질 인증 중, 항공기 제작 최종단계에서 수행되는 비행체 기체정렬 검사는 총 조립 완료된 비행체의 구조적 조립 품질 상태 확인 및 운용 적합성 판별에 대한 가시적 검증 수단으로서 수행된다.

비행체를 구성하는 주요 구조물인 동체, 주익, 미익 및 착륙장치 등은 단품에서부터 조립체 단계까지 정밀 측정장치 및 검증된 조립 치구를 통한 엄격한 통제/관리 제작 프로세스 하에 생산된다. 이 같은 사유로 규모가 작은 비행체의 경우, 비행체의 구조적 조립 품질인증은 주요 구조물들의 조립 치구 및 지그를 통해 수행 검증하고, 총 조립 완료된 전 기체 관점에서는 정렬 상태 확인절차가 생략 및 경시 되는 경향이 있다. 이는 각각의 주요 파트들이 검증된 치구를 통해 조립되므로, 최종 단계에서도 오차 범위 내에 조립 완료됨을 기본적으로 가정하기 때문이다.

하지만, 현재 크기 및 기동성이 증가된 비행체를 자체 개발하는 단계에 들어서면서, 비행체 주요 구조물들의 비정렬 상태에 따른 비행 안정성 변화가 비행체 운용 요구 및 성능 미충족에 미치는 영향이 상대적으로 증가되었고, 이에 따라 비행체 주요 구조물들의 정렬 상태에 대한 품질 인증의 중요도 또한 증가되고 있는 실정이다.

이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

한국등록특허공보 제10-2136759호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 측정오차를 최소화 할 수 있는 레이저 트랙커 시스템과 제작단계부터 엄격히 선정된 외부 검사점을 이용하여 항공기의 동체, 주익, 미익 및 착륙장치와 같은 주요 구조물들이 허용된 범위 내 정렬되어 있는지 가시적으로 판별할 수 있는 레이저 트랙커를 이용한 항공기 기체 정렬 검사 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 관점에 의한 레이저 트랙커를 이용한 항공기 기체 정렬 검사 방법은, 검사 대상 항공기의 주변에 4개소 이상의 공간 기준점 및 공간 좌표계를 설정하는 단계, 상기 공간 좌표계를 기준으로 상기 항공기의 정렬 상태를 측정하기 위한 상기 항공기 외부의 복수 개의 항공기 기준점을 설정하는 단계, 복수 개의 상기 항공기 기준점을 포함하는 외부 검사점의 상기 공간 좌표계 상 위치를 복수 개의 레이저 트랙커를 이용하여 측정하는 단계 및 상기 외부 검사점의 측정 결과로부터 상기 항공기의 정렬상태를 판단하기 위한 검사항목을 계산하는 단계를 포함한다.

그리고, 상기 공간 기준점 및 공간 좌표계를 설정하는 단계는, 상기 외부 검사점이 관측 가능한 위치의 4개소 이상의 지면 상에 상기 공간 기준점을 설정하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 공간 기준점 및 공간 좌표계를 설정하는 단계는, 지면에 설정된 4개소 이상의 상기 공간 기준점 중 임의의 공간 기준점을 기준으로 상기 공간 좌표계를 정의하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 복수 개의 항공기 기준점을 설정하는 단계는 상기 항공기의 동체 프레임(Frame)에 형성된 제조 구멍(Manufacturing Hole)을 상기 항공기 기준점으로 설정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 외부 검사점의 상기 공간 좌표계 상 위치를 측정하기 위한 복수 개의 레이저 트랙커는 상기 공간 좌표계의 영점과 복수 개의 상기 공간 기준점 중 두 지점의 사이마다 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 외부 검사점의 상기 공간 좌표계 상 위치를 측정하기 위한 복수 개의 레이저 트랙커는 4개 이상 배치되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 외부 검사점은 상기 항공기 외면의 체결류를 대상으로 하여 표시되는 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 항공기의 정렬상태를 판단하기 위한 검사항목은 동체 기축의 직진도(Staightness), 주익, 미익, 보조익의 후퇴각(Sweep back angle), 전진각(Sweep forward angle), 상반각(Dihedral angle), 하반각(Anhedral angle), 붙임각(Incidence angle), 경사각(Cant angle), 차륜거리(Wheel base)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 측정오차를 최소화 할 수 있는 레이저 트랙커 시스템을 이용하여 항공기의 동체, 주익, 미익 및 착륙장치와 같은 주요 구조물들이 허용된 범위 내 정렬되어 있는지 가시적으로 판별할 수 있게 한다.

즉, 항공기 최조 조립 시, 주요 구조물들의 수리/교환 시 또는 비정렬 상태가 의심되는 상황 등에, 제작단계에서 선정한 외부 검사점들과 정밀 측정 장비인 레이저 트랙커 시스템을 이용하여 항공기의 기체정렬 상태를 측정하고 검사함으로써 항공기 안전성 확보 및 품질 입증에 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 기체 정렬 검사 방법을 위한 공간 기준점 및 공간 좌표계를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 기체 정렬 검사 방법을 위한 항공기 기준점 및 항공기 좌표계를 나타낸 것이다.
도 3은 레이저 트랙커에 의한 외부 검사점 측정을 나타낸 것이다.
도 4a 내지 도 4d는 항공기의 외부 검사점 및 검사항목의 일 예를 나타낸 것이다.
도 5는 항공기에 표시되는 외부 검사점의 예를 도시한 것이다.
도 6은 외부 검사점 및 대응되는 검사 항목을 표로 정리한 것이다.
도 7은 도 6의 검사 항목 값의 도출 예를 정리한 것이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.

본 발명은 레이저 트랙커를 이용하여 최종 조립 단계의 항공기의 기체 정렬 상태를 검사하는 방법으로서, 공간 기준점 설정 단계, 항공기 기준점 설정 단계, 외부 검사점 측정 단계, 검사항목 시험 결과 도출 단계를 통해 기체의 정렬 상태를 판단하는 방법이다.

도 1은 본 발명의 기체 정렬 검사 방법을 위한 공간 기준점 및 공간 좌표계를 나타낸 것으로서, 먼저 항공기 주변에 공간 기준점 및 공간 좌표계를 설정한다.

공간 기준점 및 공간 좌표계는 레이저 트랙커의 물리적 위치 설정을 위한 것으로서, 공간 기준점(A1, B1, C1, D1)은 레이저 트랙커로 항공기 외부 검사점 위치 측정 시 최소 1개의 기준점들이 관측될 수 있도록 지면에 최소 4개소 이상을 공간 기준점으로 표기하고, 최소 1개소는 바닥으로부터 이격하여 표기한다. 그리고 지면에 표기된 공간 기준점 중 임의의 공간 기준점 1개를 기준으로 공간 좌표계를 정의한다.

다음, 도 2는 기체 정렬상태 측정을 위해 미리 설정된 항공기 기준점 및 항공기 좌표계이다.

항공기 기준점 및 항공기 좌표계는 항공기 기체 정렬 상태 측정을 위한 것으로서, 도 1의 공간 좌표계를 기준으로 측정된 항공기 기준점(R1, R2, R3, R4)은 설계 모델 좌표로 변환하여 항공기 좌표계를 정의한다.

여기서 항공기 기준점은 동체 프레임(Frame)과 같은 구조적 변위가 없는 부위에 조립 치구를 통하여 통제되고 검증된 제조 구멍(Manufacturing Hole)을 선정하는 것이 바람직하다.

그래서, 공간 좌표계를 기준으로 레이저 트랙커를 이용하여 항공기 기준점들을 측정하여, 공간 좌표계를 항공기 좌표계로 변환한다.

다음, 도 3과 같이 레이저 트랙커를 이용하여 외부 검사점의 위치를 측정한다.

앞서 설정된 항공기 좌표계를 기준으로 레이저 트랙커의 위치를 L1, L2, L3, L4 지점에 위치시켜 항공기 외부에 설정된 외부 검사점들을 측정한다.

레이저 트랙커는 공간 좌표계 영점과 공간 기준점 중 두 지점 사이마다 배치되어, 각각 항공기 기준점이 측정 가능한 위치에 배치된다.

이와 같이 레이저 트랙커로 외부 검사점들을 측정하여 항공기 좌표계를 기준으로 외부 검사점의 좌표값을 획득하여, 각 값들을 비교 계산하여 항공기의 정렬 상태를 검사하는 것이다.

그래서, 측정된 외부 검사점으로부터 검사항목의 시험 결과를 도출한다.

도 4a 내지 도 4d는 항공기 기체 정렬 측정을 위한 항목별 외부 검사점의 위치들이다. 이러한 외부 검사점들은 항공기 외표면에서 주요 구조물의 정렬 상태를 파악하기 위하여 다음의 사항들을 고려하여 체결류의 머리(Head) 부위를 선정하는 것이 바람직하다.

- 비행체 좌/우 대칭 위치의 체결류

- 장/탈착이 빈번하지 않은 Fixed Skin의 체결류

- 운용 및 제어상태에 따른 변위의 영향성이 적은 구조물의 체결류

- 레이저 트랙커를 통한 측정이 용이한 위치의 체결류

- 위치 측정 오차를 최소화하기 위하여 곡면이 적은 부위의 체결류

도 5는 외부 검사점의 표식으로서, 표식은 도 4의 항목별 외부 검사점 각각에 표시한다. 외부 검사점을 레이저 트랙커로 측정 시 검은색으로 표시된 내부 원호에 최소 3군데를 측정하여 그 중앙값을 외부 검사점의 위치로 간주한다.

외부 검사점의 선정 및 표시는 외부 검사점 위치 측정 이전 단계인 것이 바람직하다.

외부 검사점 측정 후, 측정된 외부 검사점으로부터 해당하는 검사항목을 계산하여 항공기 정렬상태를 판단한다.

도 6의 A~D, E~P, E'~P'는 도 4에서 선정된 외부 검사점들을 이용한 검사 세부항목이다. 기본적으로 동체 기축의 직진도(Staightness), 주익/미익/보조익의 후퇴각(Sweep back angle), 전진각(Sweep forward angle), 상반각(Dihedral angle), 하반각(Anhedral angle), 붙임각(Incidence angle), 경사각(Cant angle), 차륜거리(Wheel base)에 대한 정렬상태를 판별할 수 있어야 한다.

즉, 도 6은 도 4에서 선정되어 측정된 외부 검사점(A~P/P')에 대응되는 검사 항목이다.

도 7은 도 4a 내지 도 4d에서 정의된 외부 검사점들을 도 3의 방법으로 각각의 위치를 측정한 후에 도 6에서 정의된 세부 검사항목들을 검사하기 위한 계산 방법이다. 구분 D의 거리로부터 동체 기축의 정렬 상태를 검사할 수 있고, 구분 E-E`의 편차와 F-F`의 편차로 부터는 주익의 정렬 상태를 검사할 수 있다. 구분 G-G`의 편차와 H-H`의 편차로 부터는 주익의 정렬 상태를 검사할 수 있고, 구분 I-I`의 편차와 J-J`의 편차로 부터는 착륙장치의 정렬 상태를 검사할 수 있다. 구분 K~P와 K`~P`의 각각의 편차거리는 주익 좌/우의 상반각 및 붙임각의 대칭성을 검사할 수 있다.

여기서, a, a', ax, ay ,az, bx, by ,bz 등은 검사항목 A~D, E~P, E'~P'를 계산하기 위해 측정한 외부 검사점의 위치 좌표이다.

예를 들어, a는 한쪽 검사점의 y축 위치좌표이고, a'는 반대편 검사점의 y축 위치좌표이며, B, C에 대해서도 동일하다.

E의 경우 전방동체와 좌측 주익간 거리(E'는 우측)로서, E의 값을 얻기 위해서는 도 4b에서처럼 좌측 전방동체의 1개의 검사점과 좌측 주익의 1개의 검사점을 이용한다. 여기서는 거리이기 때문에 두 검사점 좌표값을 이용한 길이 계산 공식에 계산된다.

(ax, ay ,az)는 한쪽 검사점의 위치 좌표이고, (bx, by ,bz)는 다른 한쪽 검사점의 위치좌표이며, F~J도 같은 개념으로 계산된다.

도 4c에서 K~P는 각 주익에 있는 외부 검사점의 z축 위치 좌표이다.

각 세부 검사항목별의 허용오차는 항공기 비정렬 상태에 따른 비행 안정성 변화가 항공기 운용요구 및 성능충족 기준을 벗어나지 않는 범위 내에서 절충하여 최종 결정하여야 한다. 이는 항공기 기종별 상이한 기하학적 특성에 따라 정렬 허용오차를 획일화 할 수 없기 때문이다.

이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

A1, A2, B1, B2, C1, C2, D1, D2 : 공간 기준점
R1, R2, R3, R4 : 항공기 기준점
L1, L2, L3, L4 : 레이저 트랙커

Claims (8)

1. 검사 대상 항공기의 주변에 4개소 이상의 공간 기준점을 설정하고 상기 공간 기준점 중 임의의 공간 기준점 1개를 기준으로 공간 좌표계를 설정하는 단계;
   상기 공간 좌표계를 기준으로 레이저 트랙커를 이용하여 기설정된 복수 개의 항공기 기준점을 측정하여 상기 공간 좌표계를 항공기 좌표계로 변환하는 단계;
   상기 항공기 외부의 복수 개의 외부 검사점을 설정하는 단계;
   복수 개의 상기 외부 검사점의 상기 항공기 좌표계 상 위치를 상기 레이저 트랙커를 이용하여 측정하는 단계; 및
   상기 외부 검사점의 측정 결과로부터 상기 항공기의 정렬상태를 판단하기 위한 검사항목을 계산하는 단계를 포함하는,
   레이저 트랙커를 이용한 항공기 기체 정렬 검사 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 공간 기준점 및 공간 좌표계를 설정하는 단계는,
   상기 외부 검사점이 관측 가능한 위치의 4개소 이상의 지면 상에 상기 공간 기준점을 설정하는 것을 특징으로 하는,
   레이저 트랙커를 이용한 항공기 기체 정렬 검사 방법.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 공간 기준점 및 공간 좌표계를 설정하는 단계는,
   지면에 설정된 4개소 이상의 상기 공간 기준점 중 임의의 공간 기준점을 기준으로 상기 공간 좌표계를 정의하는 것을 특징으로 하는,
   레이저 트랙커를 이용한 항공기 기체 정렬 검사 방법.
4. 청구항 3에 있어서,
   복수 개의 항공기 기준점을 설정하는 단계는 상기 항공기의 동체 프레임(Frame)에 형성된 제조 구멍(Manufacturing Hole)을 상기 항공기 기준점으로 설정하는 것을 특징으로 하는,
   레이저 트랙커를 이용한 항공기 기체 정렬 검사 방법.
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 외부 검사점의 상기 공간 좌표계 상 위치를 측정하기 위한 상기 레이저 트랙커는 상기 공간 좌표계의 영점과 복수 개의 상기 공간 기준점 중 두 지점의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는,
   레이저 트랙커를 이용한 항공기 기체 정렬 검사 방법.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 외부 검사점의 상기 공간 좌표계 상 위치를 측정하기 위한 상기 레이저 트랙커는 4개 이상 배치되는 것을 특징으로 하는,
   레이저 트랙커를 이용한 항공기 기체 정렬 검사 방법.
7. 청구항 3에 있어서,
   상기 외부 검사점은 상기 항공기 외면의 체결류를 대상으로 하여 표시되는 것을 특징으로 하는,
   레이저 트랙커를 이용한 항공기 기체 정렬 검사 방법.
8. 청구항 3에 있어서,
   상기 항공기의 정렬상태를 판단하기 위한 검사항목은 동체 기축의 직진도(Staightness), 주익, 미익, 보조익의 후퇴각(Sweep back angle), 전진각(Sweep forward angle), 상반각(Dihedral angle), 하반각(Anhedral angle), 붙임각(Incidence angle), 경사각(Cant angle), 차륜거리(Wheel base)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   레이저 트랙커를 이용한 항공기 기체 정렬 검사 방법.

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