用于远程光学地测量表面的位置的方法和装置制造方法及图纸

公开了用于远程光学地测量表面的位置的方法和装置。用于光学地测量测量表面相对于基准位置的位置的系统和方法。该系统为无线网络，其包括位于中心的数据采集计算机和位于远处的安装在中心接收器的无线通信范围内的不同位置处的多个传感器模块。每个传感器模块都安装到特定于控制面位置的夹具上，并嵌入RFID标签以表示夹具位置。选择传感器模块的光学部件以能够指示测量表面相对于基准位置的线性位置，然后广播测量结果。广播结果由中心接收器接收，并由数据采集计算机处理，该计算机宿留有显示测量数据的人机接口软件。

【技术实现步骤摘要】
用于远程光学地测量表面的位置的方法和装置
本文公开的技术总体上涉及用于测量测量表面相对于基准位置的位置的系统和方法。具体地，本文公开的技术涉及用于相对于飞行器操作员控制机构校准转向装置的系统和方法，并且更具体地涉及相对于飞机操作员控制机构操纵飞机控制面的系统和方法。
技术介绍
流体动力学包括空气动力学和流体动力学学科，以优化流体在飞行器控制面上的流动。操作员在飞行器运动期间会精确地移动控制面，以产生转向力，以将飞行器引导至指定的路径并提供飞行期间的稳定性。例如，可以调节方向舵以操纵飞机，或者可以将水平尾翼上的升降舵定位以稳定升力。复杂的三维形状通常用作控制面，以优化燃料消耗并提供有效的操作。这些形状与其他表面的组合决定了飞行器的性能特征。用于校准控制面的各种操纵方法和相关系统是已知的。可枢转的控制面(例如，方向舵，升降舵，副翼或襟副翼)可以引导飞行器(例如，飞机)。控制面形状的偏差可能会使飞行器控制机构和控制面之间的关系失真。校准通过建立作为控制面的一部分的对准特征来恢复关系，该对准特征可以对准至与已知控制设置相关联的飞行器上的操纵点。计量装置和/或计算机软件可以用于校准。计量装置可以定义飞行器上的基准面(例如，包括多个线性测量标记的对准标定板)、控制面的旋转轴线以及对准特征的目标位置(例如，中立或零位置)之间的位置关系。通过相对于基准面将控制面操纵在目标关系，可以相对于操作员控制机构校准对准特征在控制面上的位置。以这种方式，可以操纵操作员控制机构以准确反映控制面的真实位置，以改善飞行器性能。当前用于在某些飞机上进行控制面操纵的工具可能会带来关于确保测试准确性以及飞机和人员安全的担忧。需要一种系统和方法，该系统和方法将使用户能够测量各种控制面的位置以通过非接触方式进行操纵。
技术实现思路
以下详细公开的主题涉及用于光学地测量测量表面相对于基准位置的位置的系统和方法。该系统为无线网络，其包括位于中心的数据采集计算机和位于远处的安装在中心接收器的无线通信范围内的不同位置处的传感器(下文称为“传感器模块”)的套件(下文称为“多个”)。每个传感器模块被配置为测量测量表面相对于基准位置的位置，然后广播测量结果，该广播结果由中心接收器接收并由数据采集计算机处理。数据采集计算机宿留有显示测量数据的人机接口软件。根据下面更详细地公开的示例实施例，传感器模块被安装到飞机上以用于控制面操纵程序。包括多个传感器模块的系统在下文中被称为“远程光学控制面指示系统”，该传感器模块被安装在飞机上并被配置为相对于基准位置测量控制面的位置，然后广播测量结果。远程光学控制面指示系统允许用户通过非接触方式测量控制面的位置以进行操纵，从而消除了人员与危险飞机能量接触的风险。更具体地，远程光学控制面指示系统包括一组相同的传感器模块，其出于飞行控制机构操纵的目的而被固定到飞机的各个位置。传感器配备有光学部件，其相对于相邻飞机几何形状测量飞行控制面的位置。传感器通过定制的夹持组件被标定到飞机上，每个夹持组件具有用于识别夹具的装置和附接到夹具的传感器。测量结果以无线方式发送到宿留有数据采集(DAQ)软件应用的中心计算机。DAQ计算机能够将简单的远程命令发送到传感器模块。该套件配备了用于软件归零的传感器归零支架组件。当将远程光学控制面指示系统用于飞行控制机构操纵的目的时，将产生指示控制面何时处于其零度(中立)位置的数据信号。[如本文所用，术语“零位置”和“中立位置”为同义词。]根据一种提出的实施方式，每个传感器模块被安装到夹具上，该夹具特定于控制面位置并且嵌入有射频识别标签(下文称为“RFID标签”)以识别夹具和在飞机上的相应位置。夹具使传感器相对于待测量的控制面标定。选择传感器模块的光学部件以能够以指定的精度指示飞行控制面的线性位置。人机接口软件显示每个特定控制面的测量和/或误差状态，允许用户进行微调以完成操纵程序。然而，只要需要实时进行特定于位置的表面高度测量，该系统就可以轻松地用于测量飞机控制面以外的事物。本文提出的系统由于不需要人员在测量现场而在操纵作业期间节省时间。取而代之的是，所有传感器一次设置，然后用于按技术人员希望的任何顺序完成每个操纵作业，而无需与另一位技术人员沟通以进行手动测量，也无需等待该技术人员在测量位置之间移动。每个传感器单元将保持省电模式(下文称为“睡眠模式”)以延长电池寿命，并在每次操纵程序中“唤醒”。当每个控制面都在最终操纵容差之内时，用户将能够将测量值从人机接口发送到信任的自动化测试设备工作站，该工作站包括一台计算机，该计算机配置为与飞机上的计算机对接并代替人工检查员执行检查，从而节省了时间。尽管下面将详细描述用于相对于基准位置光学地测量测量表面的位置的系统和方法，但是那些提出的实施方式中的一者或多者可以通过以下一个或多个方面来表征。下面详细公开的本主题的一个方面为一种用于相对于基准位置光学地测量测量表面的位置的方法，该方法包括：(a)定位激光器件，使其相对于基准位置具有已知位置，并对准测量表面；(b)在第一平面中将一幕光从激光器件投射到测量表面上以形成入射光线；(c)检测从入射光线散射的光入射在一行光检测器上的对象质心；(d)发送代表测量表面相对于基准面的测量位置的对象质心数据信号。根据一些实施例，步骤(a)包括对传感器模块进行定向，以使得该行光检测器在大致垂直于第一平面并与一幕光相交的第二平面中对准。根据在紧接前一段中描述的方法的一种实施方式，步骤(c)包括：查找强度基线和峰值；以及校正透镜晕映伪影的光强度；内插像素数据以获得伪子像素分辨率；对象检测阈值化；并计算对象质心。根据一些实施例，该方法还包括使用存储的数据将对象质心数据信号转换为距离测量值，该存储的数据表示以测量表面和基准面的相对运动为特征的方式将像素值与测量的距离相关联的表格或方程式。根据一些实施例，所述测量表面为飞机的控制面，并且所述方法还包括：通过离散的致动度旋转所述控制面；在每个离散的致动度下重复步骤(b)和(c)，直到所述控制面相对于基准面的测量位置为中立位置；并且操纵操作员控制机构以准确反映控制面的中立位置。根据其他实施例，所述基准面为飞机的控制面，并且所述方法还包括：通过离散的致动度旋转所述控制面；在每个离散的致动度下重复步骤(c)和(d)，直到所述控制面相对于测量表面的测量位置为中立位置；并且操纵操作员控制机构以准确反映控制面的中立位置。下面详细公开的本主题的另一个方面为一种传感器模块，其包括：壳体；以及激光器件，其安装在壳体内部并配置为在第一平面内投射一幕光；一行光检测器，其沿壳体内部的直线按顺序排列，并被配置为响应于光的入射而输出相应的模拟光检测器输出信号；以及透镜，其在壳体内安装在该行光检测器的前面并具有焦轴，其中，透镜的视场与一幕光相交；并且其中，透镜的焦轴和该行光检测器的直线位于大致垂直于第一平面的第二平面内。根据在紧接前一段中描述的传感器模块的一些实施例，传感器模块还包括微控制器，该微控制器被配置为控制激光器件的操作并基于光检测器输出的模拟光检本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于光学地测量测量表面(8)相对于基准位置的位置的方法，所述方法包括：/n(a)定位激光器件(36)，使得所述激光器件相对于基准位置具有已知位置并且瞄准所述测量表面；/n(b)在第一平面中将一幕光(A)从所述激光器件投射到所述测量表面上以形成入射光线(C)；/n(c)在从所述入射光线散射的光入射在一行光检测器(18)上的情况下检测对象质心；以及/n(d)发送代表所述测量表面相对于基准面(6)的测量位置的对象质心数据信号。/n

【技术特征摘要】
20190114 US 16/246,8481.一种用于光学地测量测量表面(8)相对于基准位置的位置的方法，所述方法包括：
(a)定位激光器件(36)，使得所述激光器件相对于基准位置具有已知位置并且瞄准所述测量表面；
(b)在第一平面中将一幕光(A)从所述激光器件投射到所述测量表面上以形成入射光线(C)；
(c)在从所述入射光线散射的光入射在一行光检测器(18)上的情况下检测对象质心；以及
(d)发送代表所述测量表面相对于基准面(6)的测量位置的对象质心数据信号。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(a)包括定向传感器模块(2)，使得所述一行光检测器在垂直于所述第一平面并且与所述一幕光相交的第二平面中排列。


3.根据权利要求1至2中的任一项所述的方法，其中，步骤(c)包括：
查找强度基线和峰值(210)；
校正透镜晕映伪影的光强度(208)；
内插像素数据以用于伪子像素分辨率(212)；
对象检测阈值化(214)；以及
计算所述对象质心(216)。


4.根据权利要求1至2中的任一项所述的方法，还包括：使用存储的数据来将所述对象质心数据信号转换为距离测量值(226)，所述存储的数据表示以所述测量表面和所述基准面的相对运动为特征的方式将像素值与测量的距离相关联的表格或方程式。


5.根据权利要求1至2中的任一项所述的方法，其中，所述基准面为飞机(100)的控制面(52、54、56、58)。


6.根据权利要求5所述的方法，还包括将包括所述测量表面的光学目标(113、146)附接到所述飞机的机身(104)。


7.根据权利要求1至2中的任一项所述的方法，其中，所述测量表面为飞机(100)的第一控制面(52、54、56、58)。


8....

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·M·科恩克，马克·道格拉斯·富勒，杰瑞·A·詹姆斯，蒂莫西·P·黄，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US