DE60016097T2

DE60016097T2 - Messung und Prüfung eines Teils mit einem handlichen Informationsprozessor

Info

Publication number: DE60016097T2
Application number: DE60016097T
Authority: DE
Inventors: Clifton Dale Grapevine Cunningham; James Fitch Hurst McKinnon; James Jeffery Mansfield Howard; James Paul Grapevine Koesters; Michael Alan Grapevine Leenhouts; Eric Dewayne Grand Prairie Moore; Michael Allen Ft. Worth Keller
Original assignee: Vought Aircraft Industries Inc
Current assignee: Vought Aircraft Industries Inc
Priority date: 1999-07-09
Filing date: 2000-07-03
Publication date: 2005-04-07
Anticipated expiration: 2020-07-04
Also published as: ES2233290T3; EP1067359A1; US6470587B1; EP1067359B1; US20020016651A1; DE60016097D1; US6502249B2

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen das Gebiet der Qualitätssicherung, und insbesondere ein Verfahren und ein System zur Teilemessung und -verifikation.
Hintergrund der Erfindung
Teilehersteller müssen einzelne Teile prüfen, um sicherzustellen, daß sie die zugehörigen Konstruktionskriterien erfüllen. Ferner stellt die wachsende Komplexität moderner Herstellungstechnologie zunehmend höhere Anforderungen an industrielle Meß- und Verifikationssysteme. Bekannte Meß- und Verifikationsverfahren konnten bisher bezüglich Genauigkeit, Schnelligkeit und leichter Anwendung bisher nicht vollständig zufriedenstelle.
Bekannte Verfahren zum Prüfen hergestellter Teile umfassen die Verwendung eindimensionaler Meßsysteme, Koordinatenmeßgeräte und Laserabtastsysteme. Bekannte eindimensionale Meßsysteme umfassen zwei getrennte Stadien: Datenerfassung und Datenanalyse. In dem Datenerfassungsstadium wird eine Meßsonde in einem Endmaß angebracht, um ein Teilemerkmal zu messen. Das Ergebnis des Datenerfassungsstadiums ist eine Liste von Merkmalen und deren Meßwerten. In dem Datenanalysestadium werden die Meßdaten auf einen getrennten Computer übernommen, wo sie analysiert werden. Der Computer muß zuerst die gemessenen Daten in ein Format und einen Bezugsrahmen transformieren, welcher mit den die Konstruktionskriterien beschreibenden Daten kompatibel ist. Anschließend wird ein Vergleich der Meßwerte jedes Merkmals mit den Konstruktionskriterien durchgeführt, um zu verifizieren, daß das Merkmal den Konstruktionskriterien genügt. Ein Problem in Verbindung mit diesem Lösungsansatz besteht darin, daß es zwei oder mehr getrennte Systeme, wenigstens eines für die Datenerfassung und ein weiteres für die Datenanalyse erfordert. Ein drittes System kann erforderlich sein, um die Datentransformation durchzuführen. Ein weiteres Problem besteht darin, daß eine Zeitverzögerung zwischen dem Zeitpunkt der Erfassung der Daten bis zur Analyse zur Verifizierung des Teils vorliegt. Ein drittes Problem besteht darin, daß die bekannten Einzelmeßsysteme nicht genau genug für Anwendungen sind, welche sehr hohe Genauigkeitsgrade erfordern, wie es beispielsweise in der Herstellung eines Flugzeugs verlangt wird. Bei der Analyse der Daten wird angenommen, daß der Meßwert von einer durch das Endmaß markierten speziellen Stelle aus erfaßt wurde. Wenn sich das Endmaß nicht an dieser Stelle befindet oder bewegt worden ist, ist die Messung nicht genau.
Koordinatenmeßgeräte (CMMs – Coordinate Measurement Machines) messen hergestellte Teile unter Verwendung von Kontaktsonden. Typische CMMs weisen eine oder mehrere Sonden auf, welche mit einer horizontalen Oberfläche verbunden sind, auf welcher das zu messende Teil angeordnet wird. CMMs verwenden oft Steuerfelder, um die Sonde über das Teil zu bewegen und Computerterminals, um die Meßergebnisse bereitzustellen. Ein Problem bei der Verwendung von CMMs besteht darin, daß das zu prüfende Teil zu dem CMM selbst transportiert werden muß. Große oder unhandliche Teile können schwierig zu dem CMM zu transportieren sein, und das Transportieren aus unterschiedlichen Teilbereichen der Fertigungsstätte zu dem CMM kann zeitaufwändig und ineffizient sein.
Ein Laserabtaster ist eine tragbare Vorrichtung, welche Laser verwendet, um Meßwerte eines hergestellten Teils zu erfassen. Laserabtaster bieten einen Vorteil gegenüber CMMs dadurch, daß sie zu dem zu messenden Teil gebracht werden kön nen. Zusätzlich können Laserabtaster dazu verwendet werden, um Teile zu messen, welche zu groß für eine Anordnung in einem CMM sind. Ein Problem bei einem Laserabtaster besteht jedoch darin, daß er eine direkte Sichtlinie benötigt, um ein Teil messen zu können. Viele Teile können in Halterungen angeordnet sein, welche bewirken, daß ein Bereich eines Teils so verborgen ist, daß keine direkte Sichtlinie vorliegt, die der Laserabtaster verwenden kann, um den Bereich zu messen. Ferner kann bei einigen seltsam geformten Teilen eine Manövrierung des Laserabtasters in einer ungewöhnlichen Weise erforderlich sein, um die Meßwerte zu erfassen.
US-A-4 347 471 stellt ein fragliches System mit einem PC oder einem Notebook dar.
Obwohl diese Verfahren und Vorrichtungen eine deutliche Verbesserung gegenüber früheren Lösungsansätzen bereitstellen, haben sich die Herausforderungen auf dem Gebiet der Qualitätssicherung mit einem Bedarf nach mehr und besseren Techniken mit größerer Flexibilität und Anpaßbarkeit weiter erhöht. Daher entstand ein Bedarf für ein neues Verfahren und System zur Teilemessung und -verifikation.
Zusammenfassungen der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der Erfindung stellen wir ein System zur Teilemessung und -verifikation bereit, wobei das System umfaßt:

einen Satz von Konstruktionskriterien, welche ein Teil spezifizieren;
eine Halterung mit Endmaßen zum Positionieren des Teils, wobei jedes von den Endmaßen eine bekannte Position repräsentiert;
wenigstens eine Sonde, welche zum Messen skalarer Werte des Teils und der Endmaße betreibbar ist; und
einen Hand-Informationsprozessor, welcher mit der Sonde zum Aufnehmen der skalaren Meßwerte verbunden und betreibbar ist, um: Meßwerte aus einem einem ersten Koordinatensystem zugeordneten ersten Bezugsrahmen in einen einem zweiten Koordinatensystem zugeordneten zweiten Bezugsrahmen zu transformieren, indem die Meßwerte aus dem ersten Koordinatensystem in das zweite Koordinatensystem bei dem Hand-Informationsprozessor transformiert werden; und diese Meßwerte mit den Konstruktionskriterien zu vergleichen, um das Teil bei dem Hand-Informationsprozessor zu verifizieren. Das System umfaßt bevorzugt einen Gürtel, um die Sonde oder Sonden mit dem Informationsprozessor zu verbinden, und bevorzugt gibt es eine Vielzahl derartiger Sonden.

Bevorzugt sind die skalaren Werte zweidimensional.
Bevorzugt weist das Teil wenigstens einen Bezugspunkt und erwünschtermaßen eine Vielzahl von Bezugspunkten auf.
Bevorzugt besitzt das Teil eine Vielzahl von Bezugspunkten und es ist wenigstens ein Endmaß jedem Bezugspunkt zugeordnet.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung stellen wir ein Verfahren zur Teilemessung und -verifikation bereit, wobei das Verfahren umfaßt: Spezifizieren des Teils mit einem Satz von Konstruktionskriterien; Speichern der Konstruktionskriterien in einem Hand-Informationsprozessor; Anordnen des Teils in einer Halterung mit Endmaßen, wobei sich die Endmaße an bekannten Stellen befinden; Konfigurieren des Hand-Informationsprozessors, um Teilemeßwerte aufzunehmen; Messen des Teils mit einer mit dem Hand-Informationsprozessor verbundenen Sonde, um Teilemeßwerte zu erzeugen; Aufnehmen der erzeugten Teilemeßwerte aus der Sonde in dem Hand-Informations prozessor; Transformieren der erzeugten Teilemeßwerte in einen anderen Bezugsrahmen durch Transformieren der erzeugten Teilemeßwerte in ein anderes Koordinatensystem auf dem Hand-Informationsprozessor; und Vergleichen der transformierten Teilemeßwerte mit den Konstruktionskriterien, um einen Teileverifikationsbericht bei dem Hand-Informationsprozessor zu erzeugen.
Die Konstruktionskriterien umfassen bevorzugt eine digitale Darstellung des Teils.
Das Verfahren umfaßt ferner bevorzugt das Darstellen der Teilemeßwerte auf dem Informationsprozessor.
Das Verfahren umfaßt ferner bevorzugt das Darstellen des Teileverifikationsberichtes auf dem Informationsprozessor.
Bevorzugt ist der Informationsprozessor nur ein Hand-Informationsprozessor.
Der Meßschritt umfaßt ferner bevorzugt das Messen der Endmaße.
Das Verfahren umfaßt ferner bevorzugt das Kalibrieren der Sonde.
Das Verfahren umfaßt ferner bevorzugt das Darstellen des Verifikationsberichtes.
Das Verfahren umfaßt ferner bevorzugt das Spezifizieren des Teils in einem ersten Bezugsrahmen, das Aufnehmen von Teilemeßwerte in einem zweiten Bezugsrahmen und die Transformation der Teilemeßwerte aus einem ersten Bezugsrahmen in einen zweiten Bezugsrahmen.
Bevorzugt werden alle Schritte auf nur einem Informationsprozessor durchgeführt, welche bevorzugt ein Hand-Informationsprozessor ist.
Die Teilemeßwerte werden bevorzugt angezeigt, nachdem sie erzeugt wurden.
Das Verfahren umfaßt ferner das Bereitstellen einer Bedienerführung für einen Benutzer.
Das Verfahren umfaßt ferner bevorzugt das Konfigurieren der logischen Einheit zum Auslesen aus mehreren Sonden.
Das Verfahren umfaßt ferner bevorzugt das Darstellen der Ergebnisse des Vergleichsschrittes.
Ein technischer Fortschritt der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß ein System und ein Verfahren zur Teilemessung und -verifikation bereitgestellt werden, welche zu einer Echtzeit-Datenmessung, Erfassung, Analyse, Verifikation und zum Berichten von Prüfergebnissen fähig sind. Ein weiterer technischer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie ein eigenständiges, sehr leicht transportables, Werkzeug-basierendes Prüfsystem ist. Ein weiterer technischer Vorteil besteht darin, daß die vorliegende Erfindung eine flexiblere und besser anpaßbare Teilemessung und – verifikation bereitstellt. Ein weiterer technischer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie in Software auf nur einem einzigen Informationsprozessor durchgeführt werden kann.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und für weitere Merkmale und Vorteile wird nun Bezug auf die nachstehende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen genommen, in welchen:
1 eine System-Blockdarstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 ein Flußdiagramm ist, welches ein Verfahren zur Messung und Verifikation gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
3A eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines mit einer Halterung verbundenen Teils darstellt;
3B eine Unterseitenansicht des Teils und der Halterung von 3A darstellt;
3C die Ansicht 3C–3C von 3B ist, welche detaillierter ein mit einer Halterung verbundenes Endmaß darstellt;
3D detaillierter das Endmaß von 3C darstellt;
3E die Ansicht 3E–3E von 3B ist, welche detaillierter ein Endmaß und ein Teil darstellt;
4 eine Ausführungsform einer eindimensionalen Sonde und eines Endmaßes darstellt;
5A eine Ausführungsform einer zweidimensionalen Sonde und eines Endmaßes darstellt;
5B detaillierter die zweidimensionale Sonde von 5A darstellt;
6A eine Ausführungsform eines Gürtels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
6B detaillierter eine Draufsicht auf eine Tasche des Gürtels von 6A darstellt;
6C detaillierter eine Seitenansicht einer Tasche des Gürtels von 6A darstellt;
6D detaillierter eine Vorderansicht einer Tasche des Gürtels von 6A darstellt;
7 ein Verdrahtungsschaltbild für eine Ausführungsform eines Informationsprozessors und einer Feldverdrahtungsanordnung ist;
8 ein Flußdiagramm ist, welches ein Verfahren einer Meßwertanalyse gemäß der vorliegenden Erfindung demonstriert; und
9 ein Flußdiagramm ist, welches detaillierter ein Verfahren einer Meßwertanalyse gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Systemblockdarstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform wird ein zu messendes und verifizierendes Teil 102 in einer Halterung 104 angeordnet. Das Teil kann ein beliebiges sein, wie z.B. die obere Schale eines Flugzeugrumpfes oder die Seitenplatte eines Automobils. Die Halterung 104 kann beispielsweise eine feste Montagelehre sein. Die Halterung 104 enthält ein oder mehrere Endmaße 106. Ein Endmaß 106 ist dafür ausgelegt, eine Sonde 108 zu halten und zu positionieren, welche zum Messen des Teils 102 verwendet wird. Die Endmaße 106 werden detaillierter in Verbindung mit den 3C, 3D und 3E beschrieben. Die Sonden 108 werden detaillierter in Verbindung mit den 4, 5A und 5B beschrieben. In dieser speziellen Ausführungsform können bis zu acht Sonden 108 verwendet werden, um das Teil 102 zu messen. Jede Sonde 108 führt eine skalare Messung aus, und erzeugt eine elektrische Signalrepräsentation dieser Messung. Die Sonden 108 sind über Kabel 110 mit einer Feldverdrahtungsanordnung 112 verbunden, welche detaillierter in Verbindung mit 7 beschrieben wird. Ein Gürtel 114, welcher detaillierter in Verbindung mit den 6A, 6B, 6C und 6D beschrieben wird, trägt die Sonden 108 und die Feldverdrahtungsanordnung 112. Ein Kabel 116 verbindet die Feldverdrahtungsanordnung 112 mit einem Informationsprozessor 118. Der Informationsprozessor 118 kann ein serienmäßiger Personalcomputer sein, welcher für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung angepaßt wird. Es kann ein Hand-Computer wie z.B. ein Telxon PTC 1194 Computer mit einer Analog/Digital-Karte DAQ 500 von National Instruments sein. Der Informationsprozessor weist eine Analog/Digital-Karte 120, einen Prozessor 122, einen Speicher 124, wenigstens eine Eingabevorrichtung 126 und eine Anzeige 127 auf. Die Analog/Digital-Karte 120 wandelt die von den Sonden 108 empfangenen analogen Meßwerte in digitale Daten um. Der Prozessor 122 verarbeitet Daten, der Speicher 124 speichert Daten, und die Eingabevorrichtung 126 wird von dem Benutzer verwendet, um in Wechselwirkung mit dem Informationsprozessor 118 zu treten. Die Anzeige 127 liefert visuelle Information an den Benutzer.
2 ist ein Flußdiagramm, welches ein Verfahren zur Messung und Verifikation gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Das Verfahren beginnt mit dem Schritt 202, in welchem das zu messende und verifizierende Teil 102 mit einem Satz von Konstruktionskriterien spezifiziert wird. Die Konstruktionskriterien können beispielsweise die Spezifikationen für das Teil sein, und können ein Teil eines Prüfdatensatzes (IDS – inspection data set) sein, welcher beispielsweise eine geschützte Microsoft^TM Excel Festplattendatei sein kann. Die Konstruktionskriterien können ursprünglich unter Verwendung einer Computer-unterstützten Konstruktionssoftware, wie z.B. CATIA, erzeugt worden sein. Die Konstruktionskriterien können in dem Bezugssystem eines Teils ausgedrückt sein, welches beispielsweise ein Teil für ein Flugzeug sein kann. Die Konstruktionskriterien können auch in einem dritten Bezugsrahmen spezifiziert sein, welcher in diesem Beispiel der Flugzeugbezugsrahmen wäre. Die Konstruktionskriterien werden in einem Informationsprozessor 118 gemäß Feststellung im Schritt 204 gespeichert. Im Schritt 206 wird das Teil 102 in einer Halterung 104 angeordnet. Die Halterung enthält Endmaße 106, welche zum zu Positionieren Sonden 108 verwendet werden, die das Teil messen. Im Schritt 208 wird die Position und Richtung jedes Endmaßes 106 ermittelt. Die Position und Richtung kann beispielsweise in Bezug auf den Halterungsbezugsrahmen ausgedrückt werden, und kann Teil der IDS-Datei sein.
Das Verfahren geht dann zu dem Schritt 210 über, in welchem der Informationsprozessor 118 für die Aufnahme der Teilemeßwerte konfiguriert wird. Im Schritt 212 werden die Positionen des Teilebezugspunktes und Teilemerkmale unter Verwendung der Sonde 108 gemessen. Teilebezugspunkte werden verwendet, um das Teil auszurichten, und Teilemerkmale werden verwendet, um das Teil mit den Konstruktionskriterien zu vergleichen. Der Informationsprozessor 118 empfängt diese Meßwerte gemäß Darstellung im Schritt 214.
Das Verfahren geht dann zu dem Schritt 216 über, in welchem Transformationsgleichungen aus den Teilebezugspunktpositionen berechnet werden. Die Transformation richtet die Teilebezugspunkte zu ihren zugeordneten nominellen Positionen durch Transformation der Koordinaten aus dem Halterungsbezugsrahmen zu dem Teilebezugsrahmen zu. Beispielsweise ordnet die Transformation, wenn angenommen wird, daß ein spezieller Teilebezugspunkt die Koordinate (0, 0, 0) besitzt, diese Koordinate dem Bezugspunkt zu. Diese Transformation wird angewendet, um Abweichungen zwischen den Teilebezugspunkten und deren zugeordneten nominellen Positionen zu eliminieren, welche aufgetreten sein können, während das Teil in der Halterung angeordnet wurde. Wenn die Konstruktionskriterien in dem Teilebezugsrahmen ausgedrückt werden, können die Messungen mit den Kriterien verglichen werden, sobald sie in diesen Bezugsrahmen transformiert worden sind. In dieser speziellen Ausführungsform der Erfindung, werden die Konstruktionskriterien in dem Flugzeugbezugsrahmen ausgedrückt, so daß eine weitere Transformation zur Transformation der Meßdaten aus den Teilebezugsrahmen in dem Flugzeugbezugsrahmen angewendet wird. Nach der Berechnung der Transformationsgleichungen geht das Verfahren zu dem Schritt 218 über, in welchem die Positionen aus dem Halterungsbezugsrahmen in den Teilebezugsrahmen unter Verwendung der im Schritt 216 berechneten Transformationsgleichungen transformiert werden. Im Schritt 220 werden die Positionen aus dem Teilebezugsrahmen in den Flugzeugbezugsrahmen transformiert, um die Messungen in dem Bezugsrahmen der Konstruktionskriterien auszudrücken. Die Transformationsgleichungen für diese Transformationen sind fest, und können beispielsweise in der IDS-Datei enthalten sein.
Nachdem die gemessenen Positionen in denselben Bezugsrahmen wie den der Konstruktionskriterien transformiert worden sind, geht das Verfahren zu dem Schritt 222 über, in welchem die gemessenen Positionen mit den Konstruktionskriterien verglichen werden, um das Teil 102 zu verifizieren. Der Informationsprozessor 118 verifiziert, ob die gemessenen Positionen in den zulässigen Bereich gemäß Spezifikation durch die Konstruktionskriterien fallen. Zum Schluß geht das Verfahren zu dem Schritt 224 über, in welchem der Informationsprozessor 118 einen Teileverifikationsbericht erzeugt. Der Teileverifikationsbericht kann beispielsweise die Meßwerte der Teilemerkmale darstellen, und ob die Messungen in den zulässigen Bereich der Konstruktionskriterien fallen.
3A veranschaulicht eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Teils 102, das mit einer Halterung 104 verbunden ist. In diesem Beispiel ist das Teil 102 die obere Schale eines Flugzeugrumpfes. Die Halterung 104 ist eine Bodenmontagelehre. 3B stellt eine Unterseitenansicht des Teils 102 und der Halterung 104 von 3A dar. Die Figur stellt drei Gruppen von drei Endmaßen 106a – 106i dar, welche mit einer Halterungsrippe 302 in der Nähe der Vorder kante des Teils verbunden sind, und zwei Endmaße 106j und 106k, die mit einer Halterungsrippe 304 in der Nähe der vorderen Ecke des Paneels verbunden sind. Die Endmaße 106a – 106k positionieren die Sonden, die zum Messen des Teils 102 verwendet werden. 3C ist eine Ansicht der Linie 3C–3C von 3B, welche detaillierter die Endmaße 106a – 106i und eine Halterungsrippe 302 darstellt. Drei Gruppen von drei Endmaßen 106a – 106i sind mit der Halterungsrippe 302 verbunden. 3D stellt eine vergrößerte Ansicht einer Sonde 108 dar, die mit dem Endmaß 106e von 3C verbunden ist. Die Sonde 108 kann beispielsweise eine von MP Components hergestellt Sonde TP107–EP100 sein. Die Sonde TP107–EP100 ist ein Einachsengerät, das zum Lokalisieren und Messen der Mittellinie 310 des Längsversteifungsträgers verwendet wird. Die von dieser Sonde gesammelten Meßwerte stellen eine lineare Abweichung der Mittellinie des Längsversteifungsträgers von einem bekannten Bezugspunkt dar.
3E ist eine Ansicht entlang der Linie 3E–3E von 3B, welche detaillierter die Endmaße 106j und 106k und ein Teil 102 darstellt. Die Sonden 108 und 109 sind mit Endmaßen 106j und 106k verbunden, die jeweils mit einer Halterungsrippe 304 verbunden sind. Die Sonden 108 und 108 können beispielsweise Linear Measurements Instruments (LMI) hergestellte Sonden 200-SB sein. Die Sonde 200-SB ist ein Einachsengerät, das zum Messen einer linearen Abweichung verwendet wird und einen Bereich von angenähert 10 mm besitzt. Die Sonde ist positioniert, daß sie eine Merkmalsposition unter Verwendung eines mit einem Träger und einer Buchse verbundenen Endmaßes mißt. Die Sonden 108 und 109 sind mit Trägern 320 bzw. 322 und Buchsen 324 bzw. 326 verbunden. Die Träger können beispielsweise LMI264 Träger sein. Die Stellbuchsen können beispielsweise LMI 1261 Stellbuchsen sein, welche standardmäßige Gewindebuchsen mit 3/8" Durchmesser sind. Eine Sonde 108 mißt die Kante des Teils 328 und die andere Sonde 109 mißt die Formlinie 330 des Teils.
4 stellt eine Ausführungsform einer eindimensionalen Sonde 108 und eines Endmaßes 106 dar. Die Sonde 108, welche mit einer Stellbuchse 324 eines Endmaßes 106 verbunden ist, mißt ein Teilemerkmal 402 eines Teils 102. Die Endmaßposition (x_g, y_g, z_g) und die Richtung (i, j , k) 404 werden in dem Halterungsbezugsrahmen ausgedrückt. Die nominelle Rückversetzung 406 ist der Abstand von dem Endmaß (x_g, y_g, z_g) 404 bis zu der Spitze der Sonde. Die Sonde mißt den skalaren Abstand 408 von der Sondenspitze zu dem Teilemerkmal 402. Beispiele von eindimensionalen skalaren Meßsonden umfassen die von MP Components hergestellte Sonde TP107–EP100 und die von LMI hergestellte Sonde 200-SB
5A stellt eine Ausführungsform einer zweidimensionalen Sonde 108 und eines Endmaßes 106 dar. Die Sonde 108, welche in einem Endmaß 106 angeordnet ist, mißt das Teilemerkmal 402 eines Teils 102. 5B stellt detaillierter die zweidimensionale Sonde 108 von 5A dar, welche ein Teilemerkmal 402 mißt. Die Endmaßposition 502 und die Richtung 504 werden in dem Halterungsbezugsrahmen ausgedrückt. Die Sonde mißt die vertikale 506 und horizontale 508 Verschiebung des Teilemerkmals 402. Beispiele von zweidimensionalen skalaren Meßsonden umfassen die Sonden TP107 und TP108, welche beide von MP Components hergestellt werden, welche dazu verwendet werden, die Mittellinie von Plattenbezugspunkten zu lokalisieren und die zweidimensionale Abweichung des Teilebezugsloches von einem bekannten Bezugspunkt zu messen.
6A stellt eine Ausführungsform eines Gürtels 114 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Neun Taschen 604 sind mit einem Hüftgürtel 602 verbunden, welcher so ausgelegt sein kann, daß er um die Hüfte des Be nutzers sitzt und von dem Benutzer getragen werden kann. Man beachte, daß die Taschen unterschiedliche Formen besitzen, um unterschiedliche Arten von Sonden 108 zu halten. Der Hüftgürtel 602 und die Taschen 604 können aus Gewebe, Leder oder irgendeinem geeigneten Bahnenmaterial aufgebaut sein. Eine Feldverdrahtungsanordnung 112, welche detaillierter in Verbindung mit 7 diskutiert wird, ist mit dem Hüftgürtel 602 verbunden. 6B stellt detaillierter eine Draufsicht auf eine Tasche 604 des Gürtels von 6A dar. Die Tasche 604 ist mit dem Hüftgürtel 602 über eine Taschenschlaufe 610 verbunden. 6C stellt detaillierter eine Seitenansicht einer Tasche 604 des Gürtels von 6A dar. In dieser aufgeschnittenen Darstellung ist eine Sonde 108 innerhalb der Tasche 604 dargestellt. Die Tasche 604 ist mit dem Hüftgürtel 602 über eine Taschenschlaufe 610 verbunden. Der Gürtel enthält einen Klettband-(Velcro)-Kanalkanal 612, welcher eine Verdrahtung für die Sonde 108 bereitstellt. Ein Durchtrittsloch 614 stellt einen Pfad bereit, über welchen die Verdrahtung aus dem Klettband-Kabelkanal 612 mit der Sonde 108 verbunden ist. Eine Sondenschlaufe 616 wird verwendet, um die Sonde 108 sicher in der Tasche 604 festzuhalten. Die Tasche 604 kann eine Klappe 618 zur Sicherung einer Sonde 108 in der Tasche 604 enthalten. 6D stellt detaillierter eine Vorderansicht einer Tasche 604 des Gürtels von 6A dar. Die Klappe 618 ist die Tasche 604 verschließend dargestellt.
7 ist ein Verdrahtungsschaltbild für eine Ausführungsform eines Informationsprozessors 118 und einer Feldverdrahtungsanordnung 112. Der Informationsprozessor 118 ist mit der Feldverdrahtungsanordnung 112 mit einem Kabel 116 verbunden. Der Informationsprozessor 118 kann beispielsweise ein Telxon PTC 1194 Hand-Computer sein, und enthält eine Analog/Digital-Karte 120, einen Verbinder 704, ein Kabel 706, und eine Übertragungsleiterplatte 708. Die Analog/Digital- Karte 120 kann beispielsweise eine Karte DAQ 500 von National Instruments sein. Der Verbinder 704 kann ein kommerziell erhältlicher Verbinder für den DAQ 500 sein. Das Kabel 706 kann beispielsweise ein Kabel PR27–30F von National Instruments sein. Die Übertragungsleiterplatte 708 wandelt ein Signal aus dem DAQ 500 in RJ 48 um. Das den Informationsprozessor 118 mit der Feldverdrahtungsanordnung 112 verbindende Kabel 116 kann beispielsweise ein 10-Leiter-Silbersatin-Telekommunikationskabel sein. Die Feldverdrahtungsanordnung 112 stellt die Erregung der Sonden bereit und empfängt die Signale aus den Sonden. Die Feldverdrahtungsanordnung 112 kann mit dem Gürtel 114 von 1 verbunden sein, und enthält eine Diode 720 und Sondenverbinder 722. Die Diode 720 bereitet das Signal auf. Die Sondenverbinder 722, welche RJ10- oder RJ12-Verbinder sein können, verbinden die Sonden 108 von 1 mit der Feldverdrahtungsanordnung 112.
8 ist ein Flußdiagramm, welches ein Verfahren einer Meßwertanalyse gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Das Verfahren beginnt mit dem Schritt 802, in welchem eine digitale Darstellung eines Teils 102 in einem Speicher 124 gespeichert wird. Die digitale Darstellung kann beispielsweise die Konstruktionsspezifikation des Teils sein. Der Speicher kann beispielsweise Teil eines Informationsprozessors 118 sein. Im Schritt 804 wird eine Logikeinheit zum Auslesen von Daten aus einer Sonde 108 konfiguriert. Die Logikeinheit kann beispielsweise der Mikroprozessor eines Informationsprozessors 118 sein. Die Sonde 108 kann beispielsweise eine von den in Verbindung mit den 4, 5A und 5B beschriebenen Sonden sein. Im Schritt 806 empfängt die Logikeinheit die Sondendaten. Die Sondendaten können analoge Signale sein, welche Meßwerte des zu verifizierenden Teils 102 repräsentieren. Das Verfahren geht dann auf den Schritt 808 über, in welchem Teilemeßwerte aus den Sondendaten erzeugt werden. Im Schritt 810 werden die Teilemeßwerte transformiert, um die tatsächlichen Bezugspunktpositionen mit den nominellen Teilbezugspunkten abzugleichen, d.h., um ein tatsächliches Koordinatensystem mit dem nominellen Teil abzugleichen. Die Meßwerte können wiederum transformiert werden, um sie in den Bezugsrahmen zu bringen, in welchem die digitale Darstellung des Teils ausgedrückt ist, da oft die Konstruktionskriterien in einem Bezugsrahmen angegeben werden, der sich von dem unterscheidet, in welchem die Meßwerte ausgedrückt werden. Schließlich werden im Schritt 802 die Teilemeßwerte mit der digitalen Darstellung verglichen, um das Teil zu verifizieren.
9 ist ein Flußdiagramm, welches ein Verfahren zur Meßwertanalyse und Verifikation gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Eine Ausführungsform dieses Verfahrens kann in dem für Microsoft^TM Windows ausgelegten Visual Basic 5,0 geschrieben sein. Eine Ausführungsform kann eine graphische Schnittstelle bereitstellen, welche dem Benutzer eine Anzeige bietet, mit welcher der Benutzer mit dem System während eines Schrittes in dem Verfahren interagieren (beispielsweise Information empfangen oder eingeben) kann. Das Verfahren beginnt mit dem Schritt 901, in welchem der Benutzer auswählt, eine neue Meßaufgabe zu erzeugen, eine bestehende Meßaufgabe zu öffnen, eine Meßaufgabe zu senden, eine Meßaufgabe zu drucken oder das Programm zu verlassen. Wenn der Benutzer wählt, eine neue Meßaufgabe zu erzeugen (Schritt 902), geht das Verfahren zu dem Schritt 904 über, in welchem der Benutzer eine IDS-Datei auswählt. Eine IDS-Datei, welche beispielsweise eine geschützte Microsoft^TM Excel-Datei sein kann, ist für eine spezielle Halterung 104 und ein spezielles Teil 102 spezifisch. Eine IDS-Datei kann enthalten: (1) Eine dreidimensionale Position und Richtung von jedem Endmaß 106 in Bezug auf beispielsweise das Halterungsbezugssystem (das XYZ- Koordinatensystem); (2) die Teilebezugspunktkriterien, welche die nominellen Positionen des Teilebezugspunktes in dem Teilebezugssystem (dem X'Y'Z'-Koordinatensystem sind); (3) Teilemerkmalkriterien, welche die gewünschten Positionen der Teilemerkmale, ausgedrückt in dem Flugzeugsbezugssystem (dem X"Y"Z"-Koordinatensystem) sind; (4) Transformationsgleichungen von dem X'Y'Z'-Koordinatensystem zu dem X"Y"Z"-Koordinatensystem; und (5) den Analysefall für jede Merkmalsposition, welcher beschreibt, wie jedes Merkmal auf der Basis des Typs des Merkmals (z.B. Loch, Oberfläche) zu analysieren ist. Nachdem der Benutzer die IDS-Datei gewählt hat, geht der Ablauf zu dem Schritt 905 über. Wenn der Benutzer wählt, eine existierende Meßaufgabe zu öffnen (Schritt 908), geht das Verfahren zu dem Schritt 910 über, in welchem dem Benutzer eine Liste existierender Aufgaben präsentiert wird. Sobald der Benutzer eine existierende Aufgabe öffnet, geht das Verfahren zu dem Schritt 905 über. Wenn der Benutzer wählt, eine Meßaufgabe zu senden, eine Meßaufgabe zu drucken, oder das Programm zu verlassen (Schritt 911), geht das Verfahren zu dem Schritt 913 über, in welchem der Benutzer die ausgewählte Aktion abschließen kann.
Im Schritt 905 werden Sondenkonfigurationsdaten in dem Informationsprozessor 118 gespeichert. Der Informationsprozessor 118 verwendet diese Daten, um zu ermitteln, wie die Teilemeßwerte zu sammeln sind. Die Daten enthalten Sondenseriennummern, welche von dem Informationsprozessor 118 dazu verwendet werden, die eindeutigen Kalibrierungsfaktoren für jede Sonde 108 zu ermitteln, und Computerdatenkanalnummern, welche dazu verwendet werden, die Datenkanäle zu identifizieren, mit welchen die Sonden 108 verbunden sind.
Das Verfahren geht dann zu dem Schritt 906 über, in welchem der Benutzer den Sondentyp zum Messen des Teils aus wählt. Beispiele von Sondentypen sind in der Diskussion in Verbindung mit den 4, 5A und 5B dargestellt. Das Verfahren geht dann zu dem Schritt 914 über, wo der Informationsprozessor jeder Sonde 108 einen Computereingangskanal zuweist. Jede Sonde 108 muß mit dem ihr zugewiesenen Computereingangskanal verbunden sein. Es kann zugelassen werden, daß Sonden Computerdatenkanalnummern gemeinsam nutzen, wobei jedoch nur einer von den Nutzungspartnern mit seinem Computereingangskanals zu einem gegebenen Zeitpunkt verbunden sein kann. Im Schritt 916 zeichnet der Benutzer die Sonden-Nullwerte auf, um den Null- oder Bezugspunkt des Sondenausgangssignals festzustellen. Im Schritt 918 führt der Benutzer Feldprüfungen an den Sonden durch, um die Genauigkeit der Sonden an den oberen und unteren Endpunkten des Meßbereichs zu validieren.
Das Verfahren geht dann zu dem Schritt 920 über, in welchem die Position und Richtung jedes Endmaßes 106 ermittelt wird. Diese Positionen können in der IDS-Datei gespeichert werden. Die Position x_g, y_g, z_g) und die Richtung (i, j , k) jedes Endmaßes 106 werden in dem XYZ-Koordinatensystem ausgedrückt. Im Schritt 922 mißt eine Sonde den skalaren Abstand von der Sondenspitze zu ihrem zugeordneten Teilebezugspunkt, und der Informationsprozessor 118 empfängt den Meßwert. Aus diesem Meßwert und der nominellen Rückversetzung der Sonde, kann der Abstand S_d von dem Endmaß 106, das bei (x_g, y_g, z_g) angeordnet ist, zu ihrem zugeordneten Teilebezugspunkt berechnet werden. Im Schritt 924 mißt der Benutzer den Begrenzungsüberschreitungspunkt (den OCP) welcher dazu verwendet wird, um zu validieren, ob das Teil, so wie es in der Halterung unterstützt wird, geprüft werden kann, d.h., daß das Teil nicht verzogen, krumm oder verdreht ist. Der Informationsprozessor 118 empfängt diesen Meßwert. Der Benutzer prüft, ob die OCP-Position innerhalb der Toleranzrichtlinien liegt.
Im Schritt 926 mißt eine Sonde den skalaren Abstand von der Sondenspitze zu ihrem zugeordneten Teilemerkmal, und der Informationsprozessor 118 diesen Meßwert. Aus diesem Meßwert und der nominellen Rücksetzung der Sonde kann der Abstand s_r von dem Endmaß 106, das bei (x_g, y_g, z_g) angeordnet ist, zu seinem zugeordneten Teilemerkmal berechnet werden.
Das Verfahren geht dann zu dem Schritt 928 über, in welchem die Teilebezugspunkt- und Teilemerkmalspositionen in dem XYZ-Koordinatensystem berechnet werden. Bei gegebener Endmaßposition (x_g, y_g, z_g) und Richtung (i, j , g) und dem Abstand s_d zwischen dem Endmaß und dem Teilebezugspunkt, kann die Teilebezugspunktposition (x_d, y_d, z_d) unter Verwendung einer Abstandsformel berechnet werden. Die Teilemerkmalpositionen können in einer ähnlichen Weise berechnet werden.
Das Verfahren geht dann zu dem Schritt 930 über, wo die Transformationsgleichungen aus dem Halterungsbezugsrahmen (dem XYZ-Koordinatensystem) zu dem Teilebezugsrahmen (dem X'Y'Z'-Koordinatensystem) berechnet werden. Die Transformationsgleichungen werden durch Vergleichen der gemessenen Positionen der Teilebezugspunkte mit ihren entsprechenden nominellen Positionen berechnet. Im Schritt 932 werden die Transformationsgleichungen angewendet. Die Transformation dient zur Ausrichtung der tatsächlichen Teilebezugspunkte zu ihren entsprechenden nominellen Positionen. Beispielsweise werde angenommen, daß ein Bezugspunktloch bei (0,0,0) angeordnet ist. Wenn das Loch nicht die Koordinate (0,0,0) in dem XYZ-Koordinatensystem hat, transformiert die Transformation dessen Koordinaten nach (0,0,0) in dem X'Y'Z'-Koordinatensystem. Im Schritt 934 werden die Koordinaten aus dem X'Y'Z'-Koordinatensystem in das X"Y"Z"-Koordinatensystem transformiert. Die Transformationsgleichungen für diese Transformation können in der IDS-Datei enthalten sein. Diese Transforma tion dient dazu, um die Koordinaten der Teilepositionen in dem Flugzeugsbezugsrahmen, dem Rahmen, in welchem die Konstruktionskriterien ausgedrückt werden, auszudrücken.
Das Verfahren geht dann zu dem Schritt 938 über, wo die gemessenen Teilemerkmalspositionen mit den Konstruktionskriterien verglichen werden, um das Teil zu verifizieren. Der Informationsprozessor 118 prüft dann, ob die Positionen der Teilemerkmale alle in die von den Konstruktionskriterien spezifizierten Toleranzbereiche fallen. Schließlich geht, nachdem die Merkmale geprüft sind, das Verfahren zum Schritt 940 über, in welchem ein Teileverifikationsbericht erzeugt wird. Der Teileverifikationsbericht kann beispielsweise ein Microsoft Word Dokument sein, das die gemessenen und berechneten Teilemerkmaldaten enthält, und angibt, ob das Teilemerkmal den Konstruktionskriterien genügt.

Claims

System zur Teilemessung und -verifikation, wobei das System umfaßt: einen Satz von Konstruktionskriterien, die ein Teil (102) spezifizieren; eine Halterung (104) mit Endmaßen (106) zum Positionieren des Teils (102), wobei jedes von den Endmaßen (106) eine bekannte Position repräsentiert; wenigstens eine Sonde (108), die zum Messen skalarer Werte des Teils (108) und der Endmaße (106) betreibbar ist; und einen Hand-Informationsprozessor (118), der mit der Sonde (108) zum Aufnehmen der skalaren Meßwerte verbunden ist und betreibbar ist, um: die Meßwerte aus einem einem ersten Koordinatensystem zugeordneten ersten Bezugsrahmen in einen einem zweiten Koordinatensystem zugeordneten zweiten Bezugsrahmen zu transformieren, indem die Meßwerte aus dem ersten Koordinatensystem in das zweite Koordinatensystem bei dem Hand-Informationsprozessor (118) transformiert werden; und diese Messungen mit den Konstruktionskriterien zu vergleichen, um das Teil (102) bei dem Hand-Informationsprozessor zu verifizieren.
System nach Anspruch 1, welches ferner einen Gürtel (114) zum Verbinden der Sonde (108) mit dem Informationsprozessor (118) umfaßt.
System nach Anspruch 1, welches ferner eine Vielzahl von Sonden (108) und einem Gürtel (114) umfaßt, der zum Verbinden der Sonden (108) mit dem Informationsprozessor (118) betreibbar ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die skalaren Werte zweidimensional sind.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Teil (102) wenigstens einen Bezugspunkt besitzt.
System nach Anspruch 5, wobei das Teil (102) eine Vielzahl von Bezugspunkten besitzt
System nach Anspruch 6, wobei das wenigstens ein Endmaß (106) jedem Bezugspunkt zugeordnet ist.
System nach Anspruch 1, welches ferner umfaßt: einen Gürtel (114), der zum Tragen durch einen Benutzer betreibbar ist, um den Informationsprozessor (118) festzuhalten; eine oder mehrere an dem Gürtel (114) befestigte und zum Aufnehmen einer Sonde (108) angepaßte Taschen (604); und einen Kabelbaum (612), welcher innerhalb des Gürtels (114) enthalten ist, mit Verbindern (110), um jede Sonde (108) mit dem Informationsprozessor (118) zu verbinden.
System nach Anspruch 8, wobei der Gürtel (114) aus einem Gewebe aufgebaut ist.
System nach Anspruch 8, wobei eine Vielzahl von Taschen (604) für die Aufnahme unterschiedlicher Sonden (108) angepaßt ist.
System nach Anspruch 8, wobei jede Tasche (604) einen Koppler (616) enthält.
System nach Anspruch 8, wobei eine Vielzahl von Taschen (604) vorhanden sind, und ein Koppler 616) für jede Tasche (604) vorhanden ist.
System nach Anspruch 8, wobei ein zweiter Koppler (116) an dem Gürtel (114) zum Ankoppeln des Informationsprozessors (118) ab dem Kabelbaum (112) befestigt ist.
Verfahren zur Teilemessung und -verifikation, wobei das Verfahren umfaßt: Spezifizieren eines Teils (102) mit einem Satz von Konstruktionskriterien; Speichern der Konstruktionskriterien in einem Hand-Informationsprozessor (118); Anordnen des Teils (102) in einer Halterung (104) mit Endmaßen (106), wobei sich die Endmaße (106) an bekannten Stellen befinden; Konfigurieren des Hand-Informationsprozessors (118) zum Empfangen von Teilemeßwerten; Messen des Teils (102) mit einer Sonde (108), die mit dem Hand-Informationsprozessor (118) verbunden ist, um Meßwerte zu erzeugen; Aufnehmen der erzeugten Teilemeßwerte in dem Hand-Informationsprozessor (118) aus der Sonde; Transformieren der erzeugten Teilemeßwerte in einen anderen Bezugsrahmen durch Transformieren der erzeugten Teilemeßwerte in ein anderes Koordinatensystem bei dem Hand-Informationsprozessor (118); und Vergleichen der transformierten Teilemeßwerte mit den Konstruktionskriterien, um einen Teileverifikationsbericht bei dem Hand-Informationsprozessor (118) zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Konstruktionskriterien eine digitale Darstellung des Teils (102) enthalten.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei das Teil (102) einen oder mehrere Bezugspunkte besitzt.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei jeder Bezugspunkt wenigstens einem Endmaß (106) zugeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, welches ferner ein Darstellen der Teilemeßwerte umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Teilemeßwerte auf dem Informationsprozessor (118) angezeigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, wobei der Informationsprozessor (118) nur ein einzelner Hand-Informationsprozessor ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, wobei der Meßschritt das Messen der Endmaße (106) umfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 21, welches ferner umfaßt: ein Kalibrieren der Sonde (101).
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 22, welches ferner umfaßt: ein Anzeigen des Verifikationsberichtes.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Teileverifikationsbericht auf dem Informationsprozessor (118) angezeigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 24, wobei das Teil (102) in einem ersten Bezugsrahmen spezifiziert wird, der Informationsprozessor (114) konfiguriert wird, um Teilemeßwerte in einen zweiten Bezugsrahmen aufzunehmen, und die erzeugten Teilemeßwerte aus dem zweiten Bezugsrahmen in den ersten Bezugsrahmen transformiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 22, wobei die Sonde (108) Sondendaten an den Informationsprozessor (118) liefert, wobei der Informationsprozessor (118) so betreibbar ist, daß er die Teilemeßwerte aus den Teiledaten erzeugt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 26, welches ferner umfaßt: ein Erzeugen von Anweisungen für einen Benutzer.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 27, wobei der Informationsprozessor (118) dafür konfiguriert wird, eine Vielzahl von Sonden (108) auszulesen.