用于扫描或检查航空器或航天器表面结构的系统的制作方法

本发明涉及用于扫描或检查航空器或航天器表面的系统。

背景技术：

1、在例如用于航空器或航天器的机身结构的制造中，表面质量需要满足高标准。例如，如果机身具有铆接接合部，习惯做法是通过视觉和/或触觉检查来检验铆接接合部的质量，并且用测量工具对其进行选择性测量。为了该目的，例如，从侧部照亮各个铆接接合部并且使用阴影图像来检验铆钉在孔中是否太深或太高，以及检测其他异常情况。另外，手指可以在铆钉上滑动，并且/或者可以使用刻度表(dial gauge)来检测突出的或低洼的边缘。

2、此外，已知表面扫描装置使用光投影和图像捕获技术来检验表面部段的特定特性。这些装置通常是手持的，并且包括放置在待检查的表面部段上的泡沫框架，随后对由泡沫框架封围的区域进行光学检测。如果识别到了形状偏差点，则储存关于形状偏差点的信息。这特别地以图像信息的形式完成的，其中，相应地标记了相应的形状偏离点。

3、对于对航空器或航天器的机身上的包括几百个或更多个铆接接合部的较长的铆钉行的检查，这种检查是费时的。

技术实现思路

1、因此，本发明的目的是提出一种系统和一种方法，利用该系统和该方法可以尽可能快速和可靠地进行对航空器或航天器的表面的检查。

2、该目的通过具有根据本发明的特征的系统来实现。有利的实施方式和其他改进方案可以从从属权利要求和下面的描述中得到。

3、提出了一种用于测试航空器或航天器表面结构的系统，该系统包括：承载至少一个第一检查装置的至少一个地面载具；承载至少一个第二检查装置的至少一个悬停平台，其中，至少一个第一检查装置布置在第一臂上，第一臂布置于至少一个地面载具上，其中，至少一个地面载具包括竖向杆，其中，横向保持元件从竖向杆延伸，其中，至少一个悬停平台通过线缆电连接至至少一个地面载具，以用于将电力和/或数据传输至至少一个悬停平台，其中，竖向杆和横向保持元件中的至少一者承载线缆，其中，至少一个悬停平台通过所述线缆或附加部件挠性地保持在竖向杆和横向保持元件中的至少一者上，其中，检查装置适于确定表面结构的特性并且通过与预期特性进行比较来识别形状偏差点，并且其中，系统被设计成用于通过同时布置在不同高度的至少一个第一检查装置和至少一个第二检查装置来连续检查表面结构。

4、本发明的要点在于通过使用基于地面的检查装置和基于空中的检查装置的协作布置结构来提供检查大型表面结构的灵活方式。地面载具可以被认为是系统的基部，所有所述检查装置都连接至该基部。基部可以包括能够接收检查装置的结构数据的计算单元。

5、至少一个地面载具可以包括各种不同设计中的一种设计，并且优选地能够沿着表面结构在地面上行驶。例如，地面载具可以包括一组轮，地面载具立于这些轮上。轮中的至少一个轮是可驱动的，以使地面载具在地面上沿期望的路径移动。作为替代方案，地面载具可以放置在导轨上，其中，地面载具可以主动地沿着导轨行进，或者其中，地面载具可以由外部装置沿着导轨拉动和/或推动。更进一步，地面载具可以代替地包括一组可移动的腿部，地面载具可以通过这些腿部沿着地面行进。基本上，地面载具可以被认为是基于地面的机器人，其能够沿着表面结构在地面上移动。

6、至少一个第一检查装置直接附接至地面载具，并且可以通过可移动的臂相对于地面载具移动。这允许第一检查装置依次放置在表面结构的若干不同部段的前方，以便检查若干不同部段。可以设想的是，地面载具能够沿着表面结构移动至第一位置，在第一位置处停止，并且将第一检查装置移动至表面结构的第一部段。在这种状态下，第一检查装置检查相应的部段，并且存储数据和/或将数据发送至例如上述计算单元。之后，第一检查装置可以移动至直接相邻的部段，以便对该部段进行检查。可以设想的是，在地面载具的固定位置处检查了臂所能到达的一组相邻部段或一组以某种模式排列的部段之后，地面载具可以沿着表面结构进一步移动。在此，第一检查装置能够检查地面载具的实际位置中臂所能到达的一些后续部段或一组以某种模式排列的部段。

7、由于地面载具是基于地面的，因此可以设想的是，至少一个第一检查装置专用于检查达到一定高度的表面结构的较低部分的表面，其中，至少一个第二检查装置专用于检查表面结构的较高部分。悬停平台可以包括提升装置、比如一组螺旋桨和电动马达，提升装置能够提升悬停平台并且因此承载至少一个第二检查设备。悬停平台应当能够移动至期望的位置，并且在检查表面的某个部段期间保持该位置。这允许消除复杂、沉重和昂贵的致动装置，该致动装置用于以所需的位置精度将至少一个第二检查装置移动到更大的高度。通过从地面载具向悬停平台供应电力，其可以定尺寸成具有相当低的重量和实际上无限的悬停时间。通过经由数据线缆将至少一个悬停平台连接至地面载具，可以在地面载具内部提供处理能力。因此，用于导航任务、数据处理、数据分析等的相应的硬件可以布置在地面载具内部，从而进一步减轻至少一个悬停平台的重量。

8、通过将线缆保持在竖向杆和/或横向保持元件中，并且通过将至少一个悬停平台柔性地保持在竖向杆和/或横向保持元件上，可靠地防止了悬停平台在故障时下降。由于悬停平台重量轻，因此其可以简单地被线缆和/或附加部件限制。因此可以安全地防止悬停平台下降到特定高程以下。通过提供竖向杆并且将横向保持元件联接至竖向杆，线缆可以被大致引导至期望的飞行高度或略微低于期望的飞行高度。此外，横向保持元件可以布置在明显高于地面的足够高度上，以允许悬停平台在竖向上灵活定位，并且在悬停平台经受升力的产生减弱时仍然可靠地将其停在足够的高度上。

9、检查装置可以以各种不同的方式实现。优选地，如引言中所解释的，检查装置可以设计为光学扫描装置，并且设计成借助于捕获和评估可见光投射图案的图像来无接触地检查某些特性。这种装置是已知的，并且常用于检查航空器表面结构。然而，机械扫描装置或基于非可见光的扫描装置也是可能的。

10、在有利的实施方式中，地面载具包括用于线缆的卷筒，其中，卷筒适于在线缆上提供张紧力。卷筒可以被设置成用于接纳和储存线缆。该卷筒可以与普通的线缆筒类似，如果需要的话，线缆筒可以被封装在壳体中。为了避免卷筒外部——即横向保持元件与悬停平台之间——的自由线缆长度过长，卷筒能够不断地收回线缆。然而，张紧力不应当过大，以便当悬停平台相对于地面载具移动时仍然允许悬停平台将线缆拉出卷筒。张紧力的大小应当使卷筒能够保持期望的线缆张紧度。

11、在有利的实施方式中，卷筒适于在来自相应悬停平台的拉力过大时或者在线缆和/或相应地面载具的电力供应中断时使线缆制动。因此，卷筒具有主动制动器，在悬停平台发生故障的情况下，该主动制动器能够被启用以通过线缆保持悬停平台。悬停平台经受升力产生减弱可能直接导致来自相应的悬停平台的拉力过大。作为替代方案或除此之外，悬停平台的电源可以电连接至卷筒的电制动器或制动机构。例如，如果电源处于启用状态，则卷筒被释放。如果电力中断，则卷筒的制动机构可以通过回弹元件(resilient element)进入制动状态，在该状态下，卷筒被制动。因此，一旦悬停平台没有被供应电力从而导致下降，则卷筒将自动停止。制动机构可以包括卷筒的第一元件中的电磁支承销，该电磁支承销从卷筒的第二元件中的孔中缩回，该第二元件能够相对于第一元件移动。销通过电力供应从孔中缩回，并且如果电力供应中断，销被弹簧推入孔中。

12、在有利的实施方式中，横向保持元件包括长形梁，该长形梁具有连接至竖向杆的第一端部和背离竖向杆的第二端部，其中，线缆至少保持在第二端部上并且包括延伸至悬停平台的传输部段。线缆的传输部段是线缆的在悬停平台与横向保持元件的外端部之间延伸的自由部段。长形梁允许将用于线缆且用于悬停平台的保持点侧向远离地面载具放置。这不仅增加了悬停平台的操作半径，而且防止了在故障情况下悬停平台对地面载具的撞击。

13、在有利的实施方式中，横向保持元件包括一连串以可旋转的方式联接的、主动铰接的长形梁，其中，线缆沿着该一连串铰接梁布线，并且其中，悬停平台通过作为附加部件的线缆或绳保持在一连串铰接梁的外端部处。一连串主动铰接的长形梁允许在相对于地面载具和悬停平台定位线缆时具有更高的灵活性。例如，为悬停平台提供了不同操作高程的增加的灵活性。

14、在有利的实施方式中，铰接梁主动移动以跟随相应的悬停平台的运动。铰接梁可以通过小型电动致动器、比如步进电机移动。由于铰接梁不需要提供很大的力，因此铰接梁的铰接可以通过简单、廉价且紧凑的装置来实现。

15、在有利的实施方式中，至少一个悬停平台可以简单地适于提供提升力，其中，一连串铰接梁适于将至少一个悬停平台导引至所需的空间位置。因此，甚至可以以更低的成本实现相应的悬停平台。

16、在有利的实施方式中，至少一个地面载具包括两个地面载具，其中，横向保持元件包括在两个地面载具的竖向杆之间延伸的水平绳或水平线，并且其中，至少一个悬停平台通过安全绳或线环与水平绳或水平线联接。水平绳可以布置在待扫描的表面结构上方，并且悬停平台可以在横向方向上更自由地移动。然而，为了避免下降到一定高程以下，悬停平台通过安全绳或安全线环与水平绳松驰地联接。

17、在有利的实施方式中，多个悬停平台与水平绳或水平线联接，并且其中，根据待放置在安全绳或线环下面的表面结构的预定高度，用于悬停平台中的至少一个悬停平台的安全绳或线环尺寸小于用于悬停平台中的至少另一个悬停平台的尺寸。因此，根据相对于待扫描表面结构的预期位置来选择安全绳环或安全线环的尺寸。

18、在有利的实施方式中，竖向杆的高度是可调节的。这可以例如通过线性齿轮驱动、心轴驱动、作为竖向杆的可膨胀伸缩管主动完成，或者通过比如具有锁定机构的伸缩管之类的被动装置完成，该锁定机构允许将伸缩管构件中的一个伸缩管构件锁定在另一伸缩管构件的不同位置中。在这样做时，例如，对于不同类型的航天器或航空器，竖向杆的高度可简单地调节至待扫描的表面结构。

19、在有利的实施方式中，竖向杆能够主动地或被动地旋转。因此，竖向杆可以绕其垂直轴线旋转，以简化跟随悬停平台的运动的过程。作为对此的替代方案，横向保持元件可以以可旋转的方式支承在竖向杆上，即，保持元件本身可以绕竖向杆轴线围绕竖向杆旋转。

20、在有利的实施方式中，至少一个悬停平台包括多个产生升力的电驱动螺旋桨，螺旋桨具有大致竖向的推力轴线。因此，可以使用多旋翼直升机的通用设计，可以通过精确的飞行特性在市场上获得这些设计。

21、在有利的实施方式中，至少一个地面载具包括用于至少一个悬停平台的控制单元，该控制单元用于单独控制产生升力的螺旋桨，以将至少一个悬停平台移动至期望的空间位置并且保持该位置持续预定时间量。因此，单独的悬停平台不需要专用的飞行控制电子设备，可以以廉价的可替换装置的形式实现，并且可以根据待扫描的表面结构的尺寸与或多或少的附加悬停平台组合。

22、在有利的实施方式中，竖向杆是长度至少为2.5m的中空管，并且由纤维增强塑料材料和/或金属材料制成。如上所述，竖向杆甚至可以是长度可调节的。由于竖向杆不需要提供明显的结构稳定性，因此竖向杆可以包括相当小的直径并且可以是挠性的。可以设想的是，使竖向杆延伸至3m至4m的高度，而直径可以小至2.5cm到明显小于10cm、例如处于3cm至5cm的范围内。竖向杆可以由铝或碳纤维增强塑料制成。竖向杆可以由多个部段、例如四个部段制成，每个部段具有约1m的长度。这些部段可以粘合在一起形成竖向杆。然而，竖向杆可以是伸缩的，并且包括按期望分布的闩锁孔。

23、类似地，上述长形梁或铰接的长形梁可以用相同的材料和合适的尺寸制造。

24、在有利的实施方式中，地面载具包括至少80kg的重量。优选地，地面载具的重心尽可能靠近地面。假设可以基于工业标准地面机器人的地面载具包括一组可充电电池、坚固的底盘、外壳和驱动装置在内可以具有超过100kg的重量。通过具有这样的重量，地面载具构成了坚固的基部，在悬停平台由横向保持元件保持的情况下，该基部不会翻倒。可以设想的是，包括检测设备在内，悬停平台的重量明显小于5kg。

25、在有利的实施方式中，地面载具包括至少一个降落平台，以用于在系统使用之前或之后接纳和储存悬停平台。可以保持系统的移动性。在完成扫描或检查表面结构的过程之前和之后，可以使地面载具朝向表面结构移动和远离表面结构移动。可以让地面载具停靠在停靠站中以进行再充电，其中，地面载具可以在再充电之后自主地移动至表面结构，同时至少一个悬停平台安全地停靠在相应的降落平台上。