[发明专利]用于监控结构部件的状态的方法以及装置

说明书

技术领域

本申请涉及利用至少一个结构状态传感器来监控结构部件的状态 的方法以及装置。

背景技术

通常，负载很重的设备复杂件的结构必需能够提供非常高等级的 操作安全性，因此，例如必需对飞行器、尤其是客机的完整性或者它 们的机械状态进行定期检查。这种检查通常是在预定数量的负载循环 (例如飞行器的起飞和降落)或者在预定的时间段之后进行。继续以 客机为例，为此，借助于非破坏性方法对飞行器进行关于其结构损 坏——例如裂缝或者脱层现象——的检查。这种检查复杂、昂贵而且 费时，并且另外需要飞行器在地面上停留一段很长的时间，这样通常 来讲是不经济的。

目前，尤其关于军用飞行器，存在着能够探测结构部件中的损坏 的多种其它方法。将传感器集成在待监控的结构部件上使得可以在常 规飞行操作中测定结构部件的状态。这种传感器只能进行本地操作， 也就是说它们仅能够监控那些直接与它们邻接的结构。如下类型的传 感器，例如包括应变仪、纤维布拉格光栅、断丝(tearing wires)、真 空传感器、光学纤维或者压电系统，已经成功地用于结构状态监控系 统(下文中也称作“结构健康监控”系统或者SMH系统)，并且已经 进行了深入的研究和开发。

当使用本地操作的SMH传感器时，大面积结构部件的监控需要在 较大表面面积上集成传感器、需要各自的充分的电连接以及需要适当 的测量值探测装置。取决于待监控的各个结构部件的尺寸，可能会导 致极大的复杂性和相应的花费。

发明内容

因此本发明的目的在于减少或者完全消除上述的缺点。具体地，本发 明的目的是利用单个结构状态传感器或者很少的结构状态传感器在尽可 能大的面积上有效地并以较低的成本对结构部件进行监控，并且降低结 构状态监控系统的复杂性。本发明的另一目的在于提供用于监控结构部 件的状态的方法和装置；以及提供一种飞行器，尤其是客机，在所述飞 行器中可以以尽可能低成本且有效的方式进行结构状态监控，并且同时 利用所述飞行器能够以较低的复杂性实现结构状态监控系统。

上述目的通过一种监控飞行器结构部件的状态的方法得以实现，所述 方法包括如下步骤：利用光学传感器产生结构部件的图像，将图像传递 到至少一个计算单元，由所述至少一个计算单元从所述图像与至少一个 参考图像的比较来确定图像偏差，由所述至少一个计算单元从所述图像 偏差来确定结构部件的离散区域的几何偏差，以及由所述至少一个计算 单元从所述几何偏差来确定结构部件的形状改变。

根据本发明的方法的主要优点在于，通过光学图像处理对待监控的结 构部件进行无接触解析或绘图。在适当的位置处使用传感器使得可以产 生待监控的结构的图像，所述图像被传送到一个或多个计算单元。基于 已经存在于计算单元中的参考图像，可以确定关于当前记录图像的图像 偏差。这些图像偏差可能是例如由于鸟类撞击、分离或裂缝的部件等所 导致的结构改变所引起。因此，图像偏差以及参考结构的精确图像适合 用来确定结构部件的离散区域的几何偏差。最后，利用存在的参考几何 数据集，通过考虑结构部件的离散区域的几何偏差，借助于至少一个计 算单元的操作可以从几何偏差来确定整个结构部件形状的弹性改变和塑 性改变。形状的改变例如可以以三维几何数据的形式进行描述。

借助于以所述方式所确定的关于待监控结构部件的形状改变，可以容 易地对损坏进行记录、量化以及分类。这在不使用本地操作传感器的情 况下是可行的，本地操作传感器受限于体积较小的区域。根据本发明的 方法提供了快速且有效地探测损坏、涵盖较大面积以及提供结构监控的 可行方式。

有利地，所述光学传感器是照相机的形式。照相机，并且尤其是数码 照相机，能够以低成本的方式适用于许多不同的设计构造。它们得到了 广泛的开发，并且它们以数字方式高速地提供所产生的图像数据。

在本发明的具体实施方式中，光学传感器的视野通过枢转的镜子和/ 或物镜装置而得到扩大或者偏转。这样允许根据本发明的方法在没有附 加的其它光学传感器的情况下适用于复杂曲面构造的待监控表面。

如果光学传感器在不可见波长的范围内进行操作，则是更加有利的。 与利用可见光范围内的波长的情形不同，即使是在逆光的情况下也可以 对表面进行绘图。因此，本方法的稳健性增加。另外，可以对条件、缺 陷和期待的效果理想地进行适应。