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用于受限訪問檢測(cè)的追蹤使能的多軸工具的制作方法
【專利摘要】一種用于受限訪問檢測(cè)的追蹤使能的多軸工具。在一些實(shí)施例中，一種多軸工具可以包括適應(yīng)于被放置成與壁內(nèi)的開口相鄰的萬向節(jié)；具有第一端和第二端和與第一端相鄰的末端執(zhí)行器的大位移裝置，所述大位移裝置接合萬向節(jié)用于穿過開口的相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和相對(duì)滑移運(yùn)動(dòng)以便末端執(zhí)行器被放置在與第二端相反的壁側(cè)面；配置為測(cè)量大位移裝置相對(duì)于萬向節(jié)的線性位置和末端執(zhí)行器相對(duì)于開口的位置和空間取向的傳感器系統(tǒng)；和計(jì)算機(jī)控制器，其連接成從傳感器系統(tǒng)接收信號(hào)以確定末端執(zhí)行器相對(duì)于開口的位置和取向中的至少一個(gè)。
【專利說明】用于受限訪問檢測(cè)的追蹤使能的多軸工具
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于視線之外且在受限訪問區(qū)域內(nèi)運(yùn)行的無損檢測(cè)系統(tǒng)和方法，更具體地涉及使用裝備有末端執(zhí)行器的器械臂的無損檢測(cè)系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在外殼內(nèi)(比如飛行器結(jié)構(gòu))的受限訪問區(qū)域的檢測(cè)會(huì)需要拆卸和重裝結(jié)構(gòu)，這是昂貴且費(fèi)時(shí)的。作為替代性的，這樣的封閉空間可以包括檢修孔，其尺寸接收傳感器或者其他使能視覺檢測(cè)的儀器。如果要被檢測(cè)的內(nèi)部是相對(duì)開放的，則使用這樣的傳感器會(huì)是有效的。然而，在許多應(yīng)用中，這樣的外殼會(huì)包括阻塞性內(nèi)部，其可以包括硬件或者其他使得通達(dá)和檢測(cè)困難的結(jié)構(gòu)。
[0003]例如，某些內(nèi)部飛行器結(jié)構(gòu)會(huì)需要使用中檢測(cè)但是這樣的結(jié)構(gòu)會(huì)被管、托架和致動(dòng)器阻礙，其必須首先被移除。在一些示例中，初始檢測(cè)會(huì)占用1000小時(shí)以上，并且隨后的檢測(cè)會(huì)占用500小時(shí)以上。其他的內(nèi)部飛行器部件會(huì)被其他結(jié)構(gòu)元件阻礙。由于結(jié)構(gòu)移除問題，初始飛行器檢測(cè)會(huì)占用2000小時(shí)以上，并且重復(fù)性檢測(cè)則多達(dá)1100小時(shí)。
[0004]當(dāng)前，可以通過使用管道鏡和遠(yuǎn)程攝像機(jī)來實(shí)現(xiàn)這樣的檢測(cè)，所述管道鏡和遠(yuǎn)程攝像機(jī)的形狀被做成被插入受限訪問區(qū)。這樣的裝置能夠看到表面缺陷或者損傷，但是不能看到表面下的損傷。在許多示例中，使用這些裝置和方法發(fā)現(xiàn)的特征會(huì)被誤診為損傷，并且僅能在昂貴的拆卸后確定開始標(biāo)記。飛行器上的鈦附連配件的疲勞檢測(cè)可以被編程為視覺管道鏡檢測(cè)，但是如果類似裂紋的指示被發(fā)現(xiàn)，則除了簡(jiǎn)單地拆卸尾翼外當(dāng)前沒有方法來確認(rèn)它們。
[0005]而且，隨著飛行器越來越多地使用粘合且共同固化的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，通達(dá)到內(nèi)部以便生產(chǎn)和使用中的檢測(cè)會(huì)是非常困難的、昂貴的并且費(fèi)時(shí)的。這樣的檢測(cè)會(huì)是非常昂貴的以致于由于執(zhí)行使用中檢測(cè)的高成本而使得某些低成本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不能被使用。
[0006]相應(yīng)地，需要用于在受限的封閉區(qū)域內(nèi)無損檢測(cè)的系統(tǒng)和方法。還需要用于在密閉空間內(nèi)追蹤檢測(cè)裝置的位置和取向的無損測(cè)試。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在一個(gè)實(shí)施例中，一種多軸工具，其可以包括適應(yīng)于被放置在與壁中的開口相鄰的萬向節(jié)；大位移裝置(extended-reach device),所述大位移裝置具有第一和第二端以及與第一端相鄰的末端執(zhí)行器，所述大位移裝置接合萬向節(jié)以用于穿過開口的相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和相對(duì)可滑移運(yùn)動(dòng)，以便末端執(zhí)行器被放置在壁的與第二端相反的側(cè)面上；傳感器系統(tǒng)，所述傳感器系統(tǒng)被配置為測(cè)量大位移裝置相對(duì)于萬向節(jié)的線性位置以及末端執(zhí)行器相對(duì)于開口的位置和空間取向；和計(jì)算機(jī)控制器，所述計(jì)算機(jī)控制器被連接成從傳感器系統(tǒng)接收信號(hào)以確定末端執(zhí)行器相對(duì)于開口的位置和取向中的至少一個(gè)。
[0008]在另一個(gè)實(shí)施例中，一種用于檢測(cè)外殼的內(nèi)部的方法，所述外殼具有帶有通達(dá)開口的壁，所述方法可以包括提供一種大位移裝置，其具有第一和第二端以及與第一端相鄰的末端執(zhí)行器；插入大位移裝置穿過開口以便末端執(zhí)行器被放置在壁的與第二端相反的側(cè)面上；用傳感器系統(tǒng)檢測(cè)末端執(zhí)行器相對(duì)于開口的位置和空間取向；和確定末端執(zhí)行器相對(duì)于開口的位置和取向。
[0009]根據(jù)本公開的一個(gè)方面，提供了一種多軸工具，其包括:適應(yīng)于被放置在與壁的開口相鄰的萬向節(jié)；具有第一和第二端以及與第一端相鄰的末端執(zhí)行器的大位移裝置，大位移裝置接合萬向節(jié)以用于穿過開口的相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和相對(duì)可滑移運(yùn)動(dòng)以便末端執(zhí)行器被放置在壁的與第二端相反的側(cè)面上；傳感器系統(tǒng)，所述傳感器系統(tǒng)被配置為測(cè)量大位移裝置相對(duì)于萬向節(jié)的線性位置以及末端執(zhí)行器相對(duì)于開口的位置和空間取向；和計(jì)算機(jī)控制器，所述計(jì)算機(jī)控制器被連接成從傳感器系統(tǒng)接收信號(hào)以確定末端執(zhí)行器相對(duì)于開口的位置和取向中的至少一個(gè)。
[0010]有利地，傳感器系統(tǒng)包括安裝在大位移裝置上的慣性測(cè)量單元；和激光測(cè)量裝置、字符串編碼器和輪式編碼器中的一個(gè)以跟蹤大位移裝置在所述開口內(nèi)的插入。
[0011]有利地，多軸工具還包括:適應(yīng)于被放置在與壁的開口相鄰的滑塊；所述萬向節(jié)包括附連至滑塊且能夠相對(duì)于所述滑塊可滑移和可旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌，和附加至導(dǎo)軌的用于相對(duì)其做樞轉(zhuǎn)和平移運(yùn)動(dòng)的滑移附件環(huán)；和傳感器系統(tǒng)，所述傳感器系統(tǒng)被配置為探測(cè)導(dǎo)軌沿著滑塊的縱向位置、導(dǎo)軌相對(duì)于滑塊的旋轉(zhuǎn)位置、滑移附件環(huán)相對(duì)于導(dǎo)軌的樞轉(zhuǎn)位置和大位移裝置相對(duì)于萬向節(jié)的旋轉(zhuǎn)位置。優(yōu)選地，傳感器系統(tǒng)包括第一編碼器、第二編碼器、第三編碼器、第四編碼器、第五編碼器和第六編碼器中的一個(gè)或者更多個(gè)，其中第一編碼器被配置為測(cè)量導(dǎo)軌沿著滑塊的縱向位置，第二編碼器被配置為測(cè)量導(dǎo)軌相對(duì)于滑塊的旋轉(zhuǎn)位置，第三編碼器被配置為測(cè)量滑移附件環(huán)沿導(dǎo)軌的位置，第一編碼器被配置為測(cè)量滑移附件環(huán)相對(duì)于導(dǎo)軌的樞轉(zhuǎn)位置，第五編碼器被配置為測(cè)量大位移裝置相對(duì)于滑移附件環(huán)的線性位置，并且第六編碼器被配置為測(cè)量大位移裝置相對(duì)于滑移附件環(huán)的旋轉(zhuǎn)位置。
[0012]有利地，末端執(zhí)行器與計(jì)算機(jī)控制器通信并且由計(jì)算機(jī)控制器控制。
[0013]有利地，末端執(zhí)行器包括攝像機(jī)并且由計(jì)算機(jī)控制器接收的信號(hào)被計(jì)算機(jī)控制器使用以確定攝像機(jī)的位置和取向。優(yōu)選地，計(jì)算機(jī)控制器包括連接到攝像機(jī)以顯示由攝像機(jī)發(fā)送的圖像的顯示器。優(yōu)選地，計(jì)算機(jī)控制器包括數(shù)據(jù)庫(kù)，其包含由攝像機(jī)觀察的物體的被儲(chǔ)存圖像，并且顯示器被配置為顯示與由攝像機(jī)觀察的一個(gè)物體的實(shí)際圖像相鄰的一個(gè)物體的被存儲(chǔ)圖像。優(yōu)選地，計(jì)算機(jī)控制器包括具有慣性測(cè)量單元的手持顯示器；和包含被儲(chǔ)存信息的數(shù)據(jù)庫(kù)，該信息關(guān)于要由攝像機(jī)觀察的外殼的內(nèi)部；計(jì)算機(jī)控制器被配置為在所述內(nèi)部的手持顯示器上顯示隨著手持顯示器被用戶定向而移動(dòng)的虛擬圖像。
[0014]有利地，大位移裝置是管。優(yōu)選地，端部中的一個(gè)包括適應(yīng)于由用戶握住的手柄。
[0015]有利地，傳感器系統(tǒng)包括字符串編碼器，其被附連到大位移裝置以發(fā)送大位移裝置相對(duì)于滑移附件環(huán)的線性位置。優(yōu)選地，字符串編碼器包括在滑移附件環(huán)和大位移裝置中的至少一個(gè)內(nèi)的第一磁體；和在滑移附件環(huán)和大位移裝置中的另一個(gè)內(nèi)的第二磁體和鐵磁體元件中的一個(gè)；第一編碼器包括附連到第二磁體和鐵磁體元件中的一個(gè)的電纜(cable)。優(yōu)選地，所述電纜延伸穿過大位移裝置的內(nèi)部和空心管道中的一個(gè)，所述空心管道縱向延伸穿過大位移裝置的內(nèi)部，所述空心管道被形成以提供在大位移裝置內(nèi)的足夠允許電線延伸穿過其中的間隙；并且第二磁體和鐵磁體元件中的所述一個(gè)位于大位移裝置的內(nèi)部和空心管道中的一個(gè)內(nèi)。[0016]根據(jù)本公開的進(jìn)一步方面，提供了一種用于檢測(cè)外殼的內(nèi)部的方法，外殼具有帶有通達(dá)開口的壁，所述方法包括:提供具有第一和第二端以及與第一端相鄰的末端執(zhí)行器的大位移裝置；插入大位移裝置穿過開口以便末端執(zhí)行器被放置在壁的與第二端相反的側(cè)面上；用傳感器系統(tǒng)探測(cè)末端執(zhí)行器相對(duì)于開口的位置和空間取向；和確定末端執(zhí)行器相對(duì)于開口的位置。
[0017]有利地，用傳感器系統(tǒng)探測(cè)包括提供適應(yīng)于與壁的開口相鄰放置的萬向節(jié)；大位移裝置接合萬向節(jié)以用于穿過開口的相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、相對(duì)樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和相對(duì)可滑移運(yùn)動(dòng)。優(yōu)選地，用傳感器系統(tǒng)探測(cè)包括提供適應(yīng)于被放置成與壁的開口相鄰的滑塊；和附連到滑塊的萬向節(jié)以用于相對(duì)其的線性運(yùn)動(dòng)。優(yōu)選地，萬向節(jié)包括接收大位移裝置的滑移附件環(huán)；和用傳感器系統(tǒng)探測(cè)包括探測(cè)大位移裝置相對(duì)于滑移附件環(huán)的線性位置。優(yōu)選地，萬向節(jié)包括導(dǎo)軌，其被可樞轉(zhuǎn)且可滑移地附連到滑塊并且可樞轉(zhuǎn)且可滑移地附連到滑移附件環(huán)；和用傳感器系統(tǒng)探測(cè)包括探測(cè)導(dǎo)軌沿著滑塊的位置、導(dǎo)軌相對(duì)于滑塊的旋轉(zhuǎn)位置、滑移附件環(huán)相對(duì)于導(dǎo)軌的位置、滑移附件環(huán)相對(duì)于導(dǎo)軌的樞轉(zhuǎn)位置、大位移裝置相對(duì)于滑移附件環(huán)的線性位置和大位移裝置相對(duì)于滑移附件環(huán)的旋轉(zhuǎn)位置中的一個(gè)或者更多個(gè)。優(yōu)選地，所述方法還包括訪問包含關(guān)于由被包括在末端執(zhí)行器內(nèi)的攝像機(jī)觀察的物體的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)；和顯示與由攝像機(jī)觀察的一個(gè)物體的實(shí)際圖像相鄰的一個(gè)物體的被存儲(chǔ)圖形。
[0018]本公開的其他目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)將從下面的說明書參照附圖和權(quán)利要求變得明顯。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是公開的追蹤使能的多軸工具的實(shí)施例的不意圖表不；
[0020]圖2是示出圖1的多軸工具的攝像機(jī)和慣性測(cè)量單元的位置矢量圖；
[0021]圖3是公開的追蹤使能的多軸工具的另一實(shí)施例；
[0022]圖4A和圖4B是公開的追蹤使能多軸工具的第三個(gè)實(shí)施例的細(xì)節(jié)；
[0023]圖5A、圖5B和圖5C是公開的追蹤使能多軸工具的大位移裝置的不同實(shí)施例的示意圖表不；和
[0024]圖6是公開的追蹤使能多軸工具的另一實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0025]如圖1所示，公開的追蹤使能的多軸工具，一般標(biāo)為10，其可以包括具有第一端14和第二端16的大位移裝置12。第一端14可以包括末端執(zhí)行器,其一般標(biāo)為18。第二端16可以包括被形成為由用戶(未示出)握住并且操縱的手柄20。大位移裝置12可以包括傳感器系統(tǒng)，其在圖1的實(shí)施例中可以包括慣性測(cè)量單元(MU)22，其可以被連接到一般標(biāo)為24的可以包括編碼器讀取裝置25的計(jì)算機(jī)控制器。
[0026]傳感器系統(tǒng)還可以包括字符串編碼器26。字符串編碼器26可以與編碼器讀取裝置25通信并且具有附連到萬向節(jié)的電纜28，萬向節(jié)在圖1的實(shí)施例中可以是被安裝在大位移裝置12上的滑動(dòng)滾珠30。因此，字符串編碼器26可以測(cè)量大位移裝置26相對(duì)于滑動(dòng)滾珠30的線性位置?？蛇x地或者除了字符串編碼器26以外，激光測(cè)量裝置(LMD) 27可以被安裝到大位移裝置12的手柄20上。如將詳細(xì)描述的，字符串編碼器26和LMD 27 二者都可以由計(jì)算機(jī)控制器24使用以確定大位移裝置12超出滑動(dòng)滾珠30的長(zhǎng)度，以便定位大位移裝置的末端。
[0027]大位移裝置12還可以包括與第一端14相鄰安裝的攝像機(jī)32，以及第二激光測(cè)量裝置(LMD)34。攝像機(jī)32可以由電線或者無線地連接到計(jì)算機(jī)控制器24以便由攝像機(jī)觀察的物體36可以在顯示器38上出現(xiàn)。
[0028]大位移裝置12通常可以在形狀和尺寸上是細(xì)長(zhǎng)的以便第一端14可以插入穿過壁42內(nèi)的檢測(cè)開口 40，以便第一端14可以放在封閉的檢測(cè)空間44 (也見圖3)內(nèi)在壁42的與第二端16和手柄20相反的側(cè)面。
[0029]滑動(dòng)滾珠30可以被放置成與檢測(cè)開口 40相鄰，并且附連至壁42或者其他方式相對(duì)于壁42固定。由于MU 22被安裝在大位移裝置12上，所以其追蹤工具10的大位移裝置的取向，這可以等價(jià)于追蹤可以剛性地附連到大位移裝置的軸46上的工具的任何部分的取向。由IMU 22產(chǎn)生的指示軸46的取向的信號(hào)可以由計(jì)算機(jī)控制器24接收。
[0030]對(duì)于圖1的實(shí)施例，來自IMU 22的數(shù)據(jù)可以用于測(cè)量軸46的取向。軸相對(duì)于檢測(cè)開口 40的距離測(cè)量值可以從比如字符串編碼器26的許多來源獲取。替代性地或者附加地，末端執(zhí)行器14可以使用LMD 34來追蹤末端執(zhí)行器裝置12相對(duì)于已知的檢測(cè)位置48的插入。
[0031]如圖1和圖2所示，對(duì)于這個(gè)多軸工具10，來自IMU 22的數(shù)據(jù)輸入的結(jié)果和字符串編碼器和/或LMD可以是4X4齊次變換矩陣，其編碼末端執(zhí)行器12的軸46的第一端14相對(duì)于參考坐標(biāo)系的位置和取向，該參考坐標(biāo)系在圖2中示出標(biāo)記為RIMU。攝像機(jī)32的坐標(biāo)系在圖2中示出標(biāo)記為RCAMERA。由于IMU和攝像機(jī)二者都安裝在軸46上，所以攝像機(jī)32的參考系RCAMERA相對(duì)于IMU 22的參考系RMU將保持固定。從而，可以與計(jì)算機(jī)控制器24通信的IMU 22的取向?qū)⒅甘緮z像機(jī)32的取向。
[0032]從MU22到攝像機(jī)32的距離L (是已知距離)被表示為從IMU到滑動(dòng)滾珠30的距離LI (指示從IMU到壁42的距離)和從滑動(dòng)滾珠30到攝像機(jī)32的距離L2的和。相應(yīng)地，從檢測(cè)開口 40到由攝像機(jī)32觀察的物體36的距離可以表示為總長(zhǎng)度L與從IMU 22到檢測(cè)開口 40的長(zhǎng)度LI的差。這個(gè)距離還可以通過測(cè)量從LMD 34到內(nèi)部44內(nèi)的已知參考物體48的距離被計(jì)算或者確定。這些測(cè)量值可以隨著大位移裝置12由操作者(未示出)操控而被不斷地實(shí)時(shí)更新。
[0033]在一個(gè)實(shí)施例中，三維可視化應(yīng)用可以被用于在顯示器38上顯示攝像機(jī)32的視野內(nèi)的環(huán)境的基于CAD的顯示。三維環(huán)境可以被用于幫助引導(dǎo)用戶并且保持檢測(cè)序列的追蹤。例如，特定的感興趣區(qū)域可以以一種顏色被強(qiáng)調(diào)，而已經(jīng)被檢測(cè)的區(qū)域或者仍然需要被檢測(cè)的區(qū)域可以以其他顏色示出。此外，由于工具的位置和取向是從追蹤儀器(IMU 22、字符串編碼器26和LMD 34)得知的，所以工具10的呈現(xiàn)還可以被顯示成也在虛擬環(huán)境中運(yùn)行(見例如圖3)。相應(yīng)地，如圖1所示，隨著攝像機(jī)32觀察物體36，顯示器38可以顯示物體36’的虛擬呈現(xiàn)，其可以由三維可視化應(yīng)用產(chǎn)生。如果LMD 34被使用，則其提供的距離數(shù)據(jù)可以與末端執(zhí)行器18的相對(duì)取向一同被使用以產(chǎn)生變換矩陣以便后乘/自右乘(post-multiply)軸46的變換。這給激光交叉點(diǎn)的位置提供了目標(biāo)物體48，并且以與上面描述的相對(duì)攝像機(jī)視圖變換相同的方式被計(jì)算。
[0034]三維可視化應(yīng)用具有允許外部應(yīng)用來修改用于三維可視化中的虛擬攝像機(jī)或者其他物體的位置和取向信息的架構(gòu)。在一些應(yīng)用中，這可以使用具有應(yīng)用程序接口(API)的插件框架實(shí)現(xiàn)以允許從單獨(dú)的應(yīng)用來控制可視化環(huán)境。
[0035]在一個(gè)實(shí)施例中，工具10可以包括顯示器50，其可以除了顯示器38之外或者代替顯示器38被使用。這個(gè)顯示器50可以示出物體36’的虛擬圖像52，使其與物體36的實(shí)際攝像機(jī)圖像54并排。這個(gè)并排型顯示器可以使得用戶能比較實(shí)際物體36與虛擬物體36’，其可以使得操作者能夠探測(cè)觀察的物體的缺陷56或者其他的問題。在檢測(cè)空間44內(nèi)的物體36、48以及輪廓和其他物體的數(shù)據(jù)和圖像，可以使得三維可視化應(yīng)用能夠顯示在攝像機(jī)32隨大位移裝置12移動(dòng)而移動(dòng)時(shí)移動(dòng)的虛擬圖像36 ’，該數(shù)據(jù)和圖形可以儲(chǔ)存在可以是計(jì)算機(jī)控制器24的一部分的數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，或者可以從遠(yuǎn)程位置(位置)由計(jì)算機(jī)控制器訪問。
[0036]如圖3所示，在另一個(gè)實(shí)施例中，其可以或者可以不與圖1示出的實(shí)施例相結(jié)合使用，一種便攜式顯示裝置2A，比如平板電腦(未示出)、智能手機(jī)、顯示連接器監(jiān)視器、穿戴式、手持式裝置或者平視顯示器，可以裝備有單獨(dú)的IMU 56并且用于提供虛擬視點(diǎn)取向控制。虛擬視點(diǎn)位置可以與訪問端口 40的固定位置或者任何與工具IOA關(guān)聯(lián)的任意位置(例如，工具的第一端14)鏈接。因此，顯示裝置24A和IMU 56的任何旋轉(zhuǎn)、樞轉(zhuǎn)或者轉(zhuǎn)角將導(dǎo)致虛擬圖像38A的對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)、樞轉(zhuǎn)或者轉(zhuǎn)角。這種能力可以允許更直觀的界面并且為用戶提供改善的環(huán)境感知。如果顯示裝置24A裝備有觸屏顯示器38A，則物體可以在屏幕上被選擇并且記錄的位置用于進(jìn)一步分析。
[0037]多軸工具IOB的另一個(gè)實(shí)施例在圖4A和圖4B中示出。對(duì)于這個(gè)實(shí)施例，在圖1的實(shí)施例中的包括IMU 22和滑動(dòng)滾珠30的傳感器系統(tǒng)可以由用于追蹤大位移裝置12的移動(dòng)的線性和旋轉(zhuǎn)編碼器構(gòu)成的系統(tǒng)代替或者補(bǔ)充。多軸工具IOB可以包括萬向節(jié)，其包括平行滑塊56、58、塊64、66、導(dǎo)軌68和放置在與壁42內(nèi)的開口 40相鄰的滑移附件環(huán)70。
[0038]平行的滑塊56、58可以在長(zhǎng)度上延伸并且可以借助于如夾鉗、吸盤、螺釘?shù)?未示出)的器件在檢測(cè)開口 40的任意側(cè)面上被附連至壁42?；瑝K56、58可以分別包括縱向槽60、62，其接收塊64、66以用于沿箭頭A的方向進(jìn)行相對(duì)可滑移運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)軌68可以附連至塊64、66以用于沿箭頭B的方向進(jìn)行相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)軌68可以在滑塊56、58之間延伸過檢測(cè)開口 40。滑移附件環(huán)70可以被安裝到導(dǎo)軌68上以用于沿箭頭C的方向進(jìn)行相對(duì)可滑移或平移運(yùn)動(dòng)，并且可以被安裝以用于在導(dǎo)軌上沿箭頭D的方向(也就是，繞與導(dǎo)軌68正交的軸線)進(jìn)行樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。進(jìn)一步，大位移裝置12的軸46可以接合滑移附件環(huán)70以用于沿箭頭E的方向進(jìn)行相對(duì)滑移運(yùn)動(dòng)，并且沿箭頭F的方向進(jìn)行相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0039]如圖4B所示，導(dǎo)軌56可以包括位于72的線性編碼器以發(fā)送指示塊64相對(duì)于導(dǎo)軌56在箭頭A (圖4A)方向上的位置的信號(hào)，并且塊64可以包括位于74的旋轉(zhuǎn)編碼器，其可以發(fā)送指示滑塊68相對(duì)塊64在箭頭B (圖4A)方向上的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度的信號(hào)?；瑝K68可以包括位于76的線性編碼器，其可以發(fā)送指示滑移附件環(huán)70相對(duì)于導(dǎo)軌68在箭頭C (圖4A)的方向上的位置的信號(hào)，并且滑移附件環(huán)70可以包括位于78、80的旋轉(zhuǎn)編碼器以用于分別發(fā)送指示滑移附件環(huán)70在箭頭D (圖4A)方向上的樞轉(zhuǎn)取向和軸46在箭頭F (圖4A)方向上的旋轉(zhuǎn)位置的信號(hào)。來自編碼器72、74、76、78、80的信號(hào)都可以被發(fā)送到計(jì)算機(jī)控制器24 (圖1)以給出末端執(zhí)行工具18相對(duì)于開口 40的取向的指示。這些信號(hào)可以由計(jì)算機(jī)控制器24處理以分別產(chǎn)生正被觀察的物體36的虛擬和/或?qū)嶋H的圖像52、54。圖4A和圖4B的實(shí)施例可以省略對(duì)于IMU 22的需要。然而，字符串編碼器26或者LDM 34仍然可以是必要的以探測(cè)大位移裝置12的軸46相對(duì)于檢測(cè)開口 40在箭頭E (見圖4A)方向上的“進(jìn)-出”運(yùn)動(dòng)。
[0040]圖5A、圖5B和圖5C示出字符串編碼器26A、26B、26C，以及可以用在例如圖4A和圖4B的實(shí)施例中以探測(cè)大位移裝置12的軸在箭頭E (圖4A)方向上的移動(dòng)的滑移附件環(huán)70A和70C的不同實(shí)施例。如圖5A所示，字符串編碼器26A可以包括電纜28，其被附連到盤84，盤84可以由鐵磁材料例如鋼組成。盤84可以被形成為被放置在軸46A的空心內(nèi)部?jī)?nèi)以用于相對(duì)可滑移運(yùn)動(dòng)?；聘郊h(huán)78可以包括環(huán)形磁鐵86。環(huán)形磁鐵可以用于保持金屬盤84在圖5A所示的位置，即在或者接近滑移附件環(huán)70A的中心。由于大位移裝置12A的軸46A相對(duì)于滑移附件環(huán)70A縱向移動(dòng)(也就是，沿圖5A的箭頭E的方向)，所以金屬盤84將保持固定、與滑移附件環(huán)內(nèi)的磁鐵86對(duì)齊，從而導(dǎo)致電纜28被拉入字符串編碼器26A或者從字符串編碼器向外延伸，因此使得字符串編碼器26A能夠產(chǎn)生指示軸46A相對(duì)于滑移附件環(huán)70A的相對(duì)縱向位置的信號(hào)。在圖5A的替代性實(shí)施例中，滑移附件環(huán)70A可以包括金屬環(huán)86，并且盤84可以由鐵磁材料組成。對(duì)于二者中任一實(shí)施例，盤84與環(huán)86之間的磁吸引力可以保持盤在圖5A所示的位置。
[0041]如圖5B所示，大位移裝置12A的軸46B可以包括空心內(nèi)部，其接收也是空心的管88并且接收在其內(nèi)的環(huán)形磁鐵或者鐵磁盤84A。管88可以通過粘合劑、膠合或者其他方式附連到軸46B的內(nèi)壁87?；聘郊h(huán)70A可以包括磁鐵或者金屬盤(如果盤84A由磁鐵材料組成)86。隨著軸46B相對(duì)于滑移附件環(huán)70A沿圖5B所示箭頭E的方向縱向移動(dòng)，環(huán)形磁鐵或者盤84A與環(huán)86之間的磁吸引力可以保持磁鐵或者盤84A在圖5B所示的位置。同樣，這個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)可以導(dǎo)致電纜28被拽入字符串編碼器26B內(nèi)或者從字符串編碼器延伸出，因此產(chǎn)生指示軸46B相對(duì)于滑移附件環(huán)70A的相對(duì)縱向位置的信號(hào)。在軸46B的內(nèi)部包括空心管88的優(yōu)點(diǎn)在于那個(gè)間隙可以被提供用于其他的電線和電纜90沿著內(nèi)部延伸。這樣的電線和電纜90可以包括到LMD 34和/或攝像機(jī)22 (見圖1)的連接。
[0042]如圖5C所示，軸46C具有空心內(nèi)部，其提供用于其他電線和電纜(通常標(biāo)為90)延伸穿過其中的管道?；聘郊h(huán)70C本身可以由電纜28連接到字符串編碼器26C。大位移裝置12C的軸46C在箭頭E方向上的相對(duì)縱向運(yùn)動(dòng)可以導(dǎo)致電纜28被拉入字符串編碼器26C或者從字符串編碼器26C向外延伸，從而指示軸46C相對(duì)于滑移附件環(huán)70C的相對(duì)位置。
[0043]仍然在另一個(gè)實(shí)施例中，如圖6所示，追蹤使能的多軸工具，一般標(biāo)記為10’，可以包括以傾斜轉(zhuǎn)動(dòng)接頭支承系統(tǒng)92形式的萬向節(jié)代替例如圖1的實(shí)施例的部件MU 22、編碼器26和滑動(dòng)滾珠90。傾斜轉(zhuǎn)動(dòng)接頭92可以包括支承94，支承94可以包括支架(未示出)或者壁42 (圖1)的附件(未示出)。軸96樞轉(zhuǎn)地安裝到支承94上并且包括U形托架98以便軸和U形托架相對(duì)于支承94繞如圖6所示的豎直軸線轉(zhuǎn)動(dòng)(swivel)。塊100被形成以裝配在U形托架98的臂102、104之間并且可以樞轉(zhuǎn)地附連到U形托架98的臂102、104。臂102可以包括弧形槽106，其接收螺紋螺栓108，在該螺紋螺栓108上安裝有止動(dòng)旋鈕110以便為塊100相對(duì)于托架98的樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)提供可調(diào)整的摩擦阻力。
[0044]塊100可以包括孔112，其被形成以可滑移且可旋轉(zhuǎn)地接收大位移裝置12’的軸46。輪式編碼器114可以被安裝在支承94上并且包括接合軸96的輪116。輪116可以被定向以響應(yīng)軸96的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，并且因此編碼器114可以探測(cè)U形托架98的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，并且因此探測(cè)軸46的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。輪式編碼器118可以被安裝到臂112上并且包括被放置成接合塊100的輪120。輪120被定向成，響應(yīng)塊100的樞轉(zhuǎn)且因此軸46的上升運(yùn)動(dòng)(在相對(duì)于托架98樞轉(zhuǎn)時(shí))而旋轉(zhuǎn)。
[0045]輪式編碼器122可以被安裝到塊100上并且包括延伸穿過塊內(nèi)的槽126以接觸軸46的輪124。輪124被定向成，其響應(yīng)軸46相對(duì)于塊100并且因此相對(duì)于系統(tǒng)92的縱向運(yùn)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)。輪式編碼器128可以被安裝到塊100上并且包括延伸穿過塊100內(nèi)的槽132以接合軸46的輪130。輪130被定向成，其響應(yīng)軸46相對(duì)于塊100的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而被旋轉(zhuǎn)，以便編碼器128可以探測(cè)軸相對(duì)于系統(tǒng)92的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0046]由于輪124和130被安裝成以便其測(cè)量軸46的不同運(yùn)動(dòng)(分別為平移和旋轉(zhuǎn))，所以輪124和130可以是全向輪，其允許其滾動(dòng)所處的表面在垂直于其各自的旋轉(zhuǎn)方向的方向上自由滑移。
[0047]每個(gè)編碼器114、118、122和128可以被連接以發(fā)送信號(hào)至計(jì)算機(jī)控制器24 (圖1)。從而，計(jì)算機(jī)控制器24可以通過計(jì)算由編碼器114、118、122和128測(cè)量的軸的縱向、旋轉(zhuǎn)、傾斜和轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)接收指示軸46的遠(yuǎn)端14的位置的信號(hào)。
[0048]在運(yùn)行中，用戶可以向計(jì)算機(jī)控制器24輸入關(guān)于飛行器或者其他要被檢測(cè)的外殼的識(shí)別信息，并且可以輸入檢測(cè)開口 40的識(shí)別標(biāo)記。這個(gè)信息可以使得計(jì)算機(jī)控制器能夠訪問用于要被檢測(cè)的外殼的合適的數(shù)據(jù)庫(kù)。對(duì)于圖1的實(shí)施例，用戶可以附加滑動(dòng)滾珠在檢測(cè)開口 40的位置處或者附近就位。對(duì)于圖4A和圖4B的實(shí)施例，用戶可以與檢測(cè)開口40相鄰地附加滑塊56、58。在這點(diǎn)上，用戶可以位于在壁42的外面并且將不能看透檢測(cè)開Π 40。
[0049]用戶(或者助手)隨后可以通過抓住手柄20操縱大位移裝置12，以便軸46的分餾端14穿過檢測(cè)開口 40并且進(jìn)入檢測(cè)空間44。用戶可以在檢測(cè)空間44的顯示器38或者50上觀察實(shí)際的或者虛擬的圖像。用戶可以操縱大位移裝置12以便攝像機(jī)32被定向成觀察所需物體36。對(duì)于圖1的實(shí)施例，來自IMU 22以及字符串編碼器26和LMD 34中的一個(gè)或者二者的信號(hào)可以被計(jì)算機(jī)控制器24使用以確定末端執(zhí)行器18相對(duì)于檢測(cè)開口 40的位置和取向。對(duì)于圖4A和圖4B的實(shí)施例，計(jì)算機(jī)控制器可以接收來自編碼器72、74、76、78、80和字符串編碼器26的信號(hào)以確定末端執(zhí)行器18相對(duì)于檢測(cè)開口 40的位置和取向。因此計(jì)算機(jī)控制器24可以在相對(duì)于大位移裝置12的適當(dāng)取向處顯示適當(dāng)?shù)奶摂M圖像36’。
[0050]如果物體36包括缺陷56，則缺陷可以出現(xiàn)在圖像54上。用戶可以致動(dòng)計(jì)算機(jī)控制器24 (其可以通過觸摸觸摸屏顯示器)以做出對(duì)缺陷56位置的標(biāo)記，并且可以致動(dòng)計(jì)算機(jī)控制器以記錄示出物體36和缺陷56的圖像54。一旦檢測(cè)完成，則計(jì)算機(jī)控制器可以產(chǎn)生圖像和/或物體36和缺陷56的位置的報(bào)告?？梢酝ㄟ^使用便攜式裝置24A來輔助檢測(cè)。便攜式裝置可以接收與相關(guān)的飛行器和檢測(cè)開口 40的位置有關(guān)的信息，以及訪問(在裝置24A本地的或者在遠(yuǎn)處的)被存儲(chǔ)信息，并且顯示被檢測(cè)的物體(圖3)的圖像38A。這個(gè)圖像可以通過操縱裝置24A的空間取向被操縱以使得用戶能夠可視化檢測(cè)空間44和其內(nèi)的大位移裝置12的位置。
[0051]前面的實(shí)施例各自提供具有跟蹤末端執(zhí)行器在受限空間內(nèi)運(yùn)行的延伸臂上的位置和取向的能力的多軸工具。進(jìn)一步，所述實(shí)施例使得用戶能夠從末端執(zhí)行器的視角可視化被檢測(cè)的環(huán)境的虛擬呈現(xiàn)。這可以允許該工具的操作者具有對(duì)檢測(cè)體積的更好的環(huán)境感知。在那個(gè)環(huán)境下，在特定的實(shí)施例中，用戶可以觀察在檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的所有飛行器部件(或者其他被檢測(cè)的部件)的三維模型，并且可視化檢測(cè)工具并且甚至可視化末端執(zhí)行器上的攝像機(jī)的觀察區(qū)域(視景錐臺(tái))的呈現(xiàn)。
[0052]當(dāng)使用目標(biāo)物體的坐標(biāo)系來表示時(shí)，可以通過跟蹤末端執(zhí)行器的位置和取向的能力來輔助正被觀察的物體的物理環(huán)境與同一物理物體的虛擬呈現(xiàn)的這種類型的交互。在一些實(shí)施例中，物體可以以一種顏色被強(qiáng)調(diào)以向用戶示出哪個(gè)項(xiàng)目需要被掃描，并且以另一種顏色示出那些已經(jīng)被掃描的項(xiàng)目。在其他的實(shí)施例中，關(guān)于物體和環(huán)境的附加信息可以在適當(dāng)?shù)怯浀娜S背景中被顯示。仍然在其他的實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)控制器24可以產(chǎn)生掃描段的報(bào)告，其中三維數(shù)據(jù)點(diǎn)由控制器以確認(rèn)所需區(qū)域已經(jīng)被掃描的方式被記錄。
[0053]本文中描述的裝置和方法的形式不是由本公開涉及的發(fā)明所獨(dú)有的，并且變體可以在那里被形成而不離開本發(fā)明的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種多軸工具，其包括: 適于被放置成與壁中的開口相鄰的萬向節(jié)； 大位移裝置，所述大位移裝置具有第一和第二端和與所述第一端相鄰的末端執(zhí)行器，所述大位移裝置接合所述萬向節(jié)以便穿過所述開口的相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和相對(duì)可滑移運(yùn)動(dòng)，以致所述末端執(zhí)行器被放置在所述壁的與所述第二端相反的側(cè)面； 傳感器系統(tǒng)，所述傳感器系統(tǒng)被配置為測(cè)量所述大位移裝置相對(duì)于所述萬向節(jié)的線性位置，和所述末端執(zhí)行器相對(duì)于所述開口的位置和空間取向；和 計(jì)算機(jī)控制器，所述計(jì)算機(jī)控制器被連接成從所述傳感器系統(tǒng)接收信號(hào)以確定所述末端執(zhí)行器相對(duì)于所述開口的位置和取向中的至少一個(gè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多軸工具，其中所述傳感器系統(tǒng)包括安裝在所述大位移裝置上的慣性測(cè)量單元；和激光測(cè)量裝置、字符串編碼器和輪式編碼器中的至少一個(gè)以追蹤所述大位移裝置在所述開口內(nèi)的插入。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多軸工具，還包括: 適應(yīng)于被放置成與壁中的開口相鄰的滑塊； 所述萬向節(jié)包括: 附連至所述滑塊并且能夠相對(duì)于所述滑塊滑移和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌，和 滑移附件環(huán)，所述滑移附件環(huán)被附連到所述導(dǎo)軌以便相對(duì)其樞轉(zhuǎn)和平移運(yùn)動(dòng)；并且 所述傳感器系統(tǒng)被配置為探測(cè)所述導(dǎo)軌沿著所述滑塊的縱向位置、所述導(dǎo)軌相對(duì)于所述滑塊的旋轉(zhuǎn)位置、所述滑移附件環(huán)沿著所述導(dǎo)軌的位置、所述滑移附件環(huán)相對(duì)于所述導(dǎo)軌的樞轉(zhuǎn)位置和所述大位移裝置相對(duì)于所述萬向節(jié)的旋轉(zhuǎn)位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的工具，其中所述傳感器系統(tǒng)包括被配置為測(cè)量所述導(dǎo)軌沿著所述滑塊的縱向位置的第一編碼器、被配置為測(cè)量所述導(dǎo)軌相對(duì)于所述滑塊的旋轉(zhuǎn)位置的第二編碼器、被配置為測(cè)量所述滑移附件環(huán)沿著所述導(dǎo)軌的位置的第三編碼器、被配置為測(cè)量所述滑移附件環(huán)相對(duì)于所述導(dǎo)軌的樞轉(zhuǎn)位置的位置的第四編碼器、被配置為測(cè)量所述大位移裝置相對(duì)于所述滑移附件環(huán)的線性位置的第五編碼器和被配置為測(cè)量所述大位移裝置相對(duì)于所述滑移附件環(huán)的旋轉(zhuǎn)位置的第六編碼器中的一個(gè)或者更多個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工具，其中所述末端執(zhí)行器與所述計(jì)算機(jī)控制器通信并且由所述計(jì)算機(jī)控制器控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工具，其中所述末端執(zhí)行器包括攝像機(jī)，并且由所述計(jì)算機(jī)控制器接收的信號(hào)被所述計(jì)算機(jī)控制器使用以確定所述攝像機(jī)的位置和取向。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的工具，其中所述計(jì)算機(jī)控制器包括被連接到所述攝像機(jī)以顯示由所述攝像機(jī)發(fā)送的圖像的顯示器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的工具，其中所述計(jì)算機(jī)控制器包括具有慣性測(cè)量單元的手持顯示器；和包括儲(chǔ)存信息的數(shù)據(jù)庫(kù)，所述儲(chǔ)存信息關(guān)于要被所述攝像機(jī)觀察的外殼的內(nèi)部；所述計(jì)算機(jī)控制器被配置為在所述手持顯示器上顯示隨著所述手持顯示器被用戶定向而移動(dòng)的所述內(nèi)部的虛擬圖像。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工具，其中所述大位移裝置是管。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的工具，其中所述端中的第二端包括適應(yīng)于由用戶抓住的手柄。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工具，其中所述傳感器系統(tǒng)包括被附連到所述大位移裝置以發(fā)送所述大位移裝置相對(duì)于所述滑移附件環(huán)的線性位置的字符串編碼器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的工具，其中所述字符串編碼器包括在所述滑移附件環(huán)和所述大位移裝置中的至少一個(gè)內(nèi)的第一磁體；和在所述滑移附件環(huán)和所述大位移裝置中的另外一個(gè)內(nèi)的第二磁體與鐵磁體元件中的一個(gè)；所述第一編碼器包括被附連到所述第二磁體和所述鐵磁體元件中的所述一個(gè)的電纜。
13.一種用于檢測(cè)外殼的內(nèi)部的方法，所述外殼具有帶檢測(cè)開口的壁，所述方法包括: 提供具有第一和第二端以及與所述第一端相鄰的末端執(zhí)行器的大位移裝置； 將所述大位移裝置插入穿過所述開口以便所述末端執(zhí)行器被放置到所述壁的與所述第二端相反的側(cè)面； 用傳感器系統(tǒng)探測(cè)所述末端執(zhí)行器相對(duì)于所述開口的位置和空間取向；和 確定所述末端執(zhí)行器相對(duì)于所述開口的位置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中用所述傳感器系統(tǒng)探測(cè)包括提供適應(yīng)于被放置成與壁中的開口相鄰的萬向節(jié)；所述大位移裝置接合所述萬向節(jié)以便穿過所述開口的相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、相對(duì)樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和相對(duì)可滑移運(yùn)動(dòng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中用所述傳感器系統(tǒng)探測(cè)包括: 提供適應(yīng)于被放置成與壁中的開口相鄰的滑塊；和 所述萬向節(jié)被附連至所述滑塊以便相對(duì)其的線性運(yùn)動(dòng)。
【文檔編號(hào)】G01N21/88GK103969264SQ201310629819
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月25日
【發(fā)明者】N·R·史密斯, J·J·特洛伊, J·R·科爾戈埃羅, G·E·喬治松, P·S·盧瑟福 申請(qǐng)人:波音公司