一种表征飞行载荷导致的飞行器形状变化的方法与流程

技术领域总体上涉及飞行期间飞行器可能发生的形状变化，更具体地涉及用于表征飞行器的内部由于飞行载荷导致的形状变化(例如形状变化的大小和方向)的方法。

背景技术：

当设计飞行器(例如商务飞行器)的内部(例如，机身内的座舱或其他内部区域)时，飞行器制造商开发非常精细化的设计以满足高的客户期望，例如舒适性、美观性、功能性等。这些客户中的许多客户习惯于在家中，汽车和生活方式中享受奢侈品，并且对公务机的外观和功能抱有很高的期望。

此外，为了使飞行器更快更远地飞行，飞行器制造商已经优化了结构设计以减轻飞行器的重量。重量是用于跟踪效率的主要指标，因为较轻的飞行器需要较少的能量来快速加速且行驶更远。通常通过去除多余材料或使用具有高强度重量比的特殊材料来减轻重量。进行详细的结构分析以确保减轻重量的设计将满足或超过faa强度要求。

减少结构设计中的材料的一个潜在后果是增加了包括飞行器机身在内的飞行器的灵活性。增加灵活性可能是有益的，因为飞行器结构中的一定量的灵活性可以帮助分配载荷并消除应力集中。飞行器被设计成在飞行期间处理各种载荷，包括机翼升力和机舱内部压力。当飞行器结构是柔性的时，包括机身和机舱地板的飞行器会响应这些飞行载荷而改变形状。然而，当发生这种形状变化时，附接到机身和机舱地板的内部舱室家具和/或硬件会移动。不幸的是，这会对外观具有负面影响和/或限制内部舱室家具和/或硬件的性能。例如，可能会导致门洞出现难看的间隙，导致光渗现象或门故障。

飞行器室内设计师开发了家具和/或硬件设计，来减轻这些问题。家具或硬件资产通常以最小的移动附接到机身和机舱地板的区域，并且包括搭接接头和支架以在飞行期间保持位置。然而，有时这些措施还不够，飞行载荷造成的形状变化会给飞行器内部带来问题。了解是什么内部特征在移动(包括此类移动的大小和方向)，可以帮助飞行器设计师管理机身和机舱地板的移动。一种方法是捕获在飞行期间变形的内部机舱特征的图片。尽管在飞行期间发生的变形特征和间隙的图片可能是有帮助的，但是这样的图片通常向飞行器设计者提供有限的定量反馈。另一种方法是在飞行期间利用卷尺、弦线电位计等进行线性测量，以提供关于内部关键点的信息。不幸的是，这样的数据也是有限的，并且仅在几个离散位置提供一维信息。

因此，希望提供一种用于表征飞行器内部由于飞行载荷导致的形状变化的改进型方法。此外，结合附图和背景技术根据随后的详细描述和所附权利要求，本文描述的各种实施例的其他合乎期望的特征和特性将是明显的。

技术实现要素：

本公开提供一种用于表征由于飞行载荷而导致的飞行器形状变化的方法。根据示例性实施例，一种用于表征飞行载荷导致的飞行器内部的形状变化的方法包括：将一个或多个3d扫描仪置于飞行器的内部。当飞行器基本静止和/或在地面上时，利用一个或多个3d扫描仪创建内部部分的参考扫描。当飞行器在飞行中受到大量飞行载荷时，利用一个或多个3d扫描仪创建内部部分的变形扫描。对参考扫描和变形扫描进行后处理和分析，以表征飞行器内部由于大量飞行载荷导致的形状变化。

在另一示例性实施例中，一种用于表征飞行器内部由于飞行载荷导致的形状变化的方法包括：确定飞行器内部内的扫描位置。在飞行器基本上静止和/或在地面上时，利用位于扫描位置处的一个或多个3d扫描仪扫描内部，以创建参考扫描。在飞行器在飞行中受到大量飞行载荷时，利用位于扫描位置处的一个或多个3d扫描仪扫描内部，以创建变形扫描。对参考扫描和变形扫描进行后处理和分析，以表征飞行器内部由于大量飞行载荷导致的形状变化。

附图说明

在下文中将结合以下附图来描述各种实施例，在附图中相似的附图标记表示相似的元件，并且其中：

图1示出了根据示例性实施例的包括内部的飞行器的透视图；

图2是图1中描绘的飞行器的剖视图；

图3是根据示例性实施例的受到内部压力差的机身的横截面图，该内部压力差导致机身和机舱地板改变形状；

图4a是根据示例性实施例的处于未变形状态的机舱的横截面图；

图4b是根据示例性实施例的处于变形状态的机舱的横截面图；

图5示出了根据示例性实施例的飞行器的内部的横截面图；

图6示出了根据示例性实施例的用于扫描飞行器的内部的方法；

图7示出了相移3d扫描仪的示例的透视图；

图8示出了三角测量3d扫描仪的示例的透视图；

图9示出了根据示例性实施例的用于将一个或多个3d扫描仪置于飞行器机身的内部的扫描放置计划；

图10示出了根据示例性实施例的位于飞行器机身的中心内部附近的3d扫描仪的透视图；

图11示出了根据示例性实施例的位于飞行器机身的内部的扫描目标的透视图；

图12a-c示出了根据示例性实施例的3d扫描仪的各种扫描设置显示；

图13示出了根据示例性实施例的飞行器内部的前舱，中舱和后舱部分的组合机身扫描；

图14示出了根据示例性实施例的组合机身扫描的俯视图；

图15示出了根据示例性实施例的在初始对准之后的组合机身扫描的俯视图；

图16示出了根据示例性实施例被导入和对齐的组合机身扫描的透视图；

图17a示出了根据示例性实施例的在滤波之后的组合式点云；

图17b示出了根据示例性实施例的平滑后的组合式点云；

图17c示出了根据示例性实施例的采样之后的组合式点云；

图18示出了根据示例性实施例的噪声滤波之后的组合机身扫描的透视图；

图19示出了根据示例性实施例将点云分割成扫描区域；

图20示出了根据示例性实施例的组合的飞行前机舱地板扫描的透视图；

图21示出了根据示例性实施例的在飞行器的最大操作高度附近拍摄的组合机舱地板扫描的透视图；

图22示出了根据示例性实施例的用于表征飞行器内部由于飞行载荷导致的形状变化的方法；

图23示出了根据示例性实施例的来自扫描点的网格三角测量；

图24示出了根据示例性实施例的扫描目标中心点，作为用于对准组合的飞行前扫描(顶部)和邻近的最大操作高度扫描(底部)的基准；

图25是图24中描绘的一些扫描目标中心点的放大视图；

图26示出了根据示例性实施例的对准扫描的透视图：飞行前扫描和邻近最大操作高度扫描；

图27是使用扫描的一部分进行垂直对准的例子；

图28示出了根据示例性实施例的模拟飞行器机舱设置的透视图，该模拟飞行器机舱设置包括用于验证扫描的尺寸上被限定的扫描元件；

图29示出了根据示例性实施例的用于验证扫描的尺寸上被限定的扫描元件的透视图；

图30示出了根据示例性实施例的模拟飞行器机舱设置中的垂直定向的尺寸上被限定的扫描元件的透视图；

图31示出了根据示例性实施例的在模拟飞行器机舱设置中沿着机舱地板布置的水平定向的尺寸上被限定的扫描元件的透视图；

图32是根据示例性实施方式的机舱地板的轮廓图，该轮廓图包括图31所示的水平定向的尺寸上被限定的扫描元件；

图33是根据示例性实施方式的模拟飞行器机舱设置的一部分的轮廓图，该轮廓图包括图30中所示的垂直定向的尺寸被限定的扫描元件；

图34是来自图33中所示的轮廓图的水平定向的尺寸被限定的扫描元件的放大视图，其包括用于扫描测量的统计数据；

图35是根据示例性实施例的机身内部的评估目标位置的俯视图；

图36是根据示例性实施例的扫描目标的“测量偏差”值的曲线图；

图37示出了根据示例性实施例的在邻近最大操作高度的飞行之前和飞行期间的机舱地板的3d直接比较轮廓图的透视图；

图38示出了根据示例性实施例的机舱地板轮廓图的俯视图，其中示出了家具的模型用于参考；

图39示出了根据示例性实施例的机舱地板轮廓图的透视图，其示出了相对于机舱中的关键点的地板偏差；

图40是示出根据示例性实施例的在后中舱舱壁位置处的机舱地板和机身变形的须状图；

图41是示出根据示例性实施例的在前中舱舱壁位置处的变形的须状图；

图42示出了根据示例性实施例的用于将一个或多个3d扫描仪置于飞行器机身的内部的扫描放置计划；

图43示出了根据示例性实施例的用于地面扫描(顶部)和邻近最大操作高度扫描(底部)的对准点的俯视图；

图44a是图43中所示的地面扫描的对准点的放大视图；

图44b是图43中所示的用于邻近最大操作高度扫描的对准点的放大视图；

图45是根据示例性实施例的复合地面扫描的分离的点区域；

图46是根据示例性实施例的机舱右侧的地面和邻近最大操作高度扫描的叠加图；

图47是使用来自图46的相同扫描数据将地面扫描和邻近最大操作高度扫描与家具资产进行比较的变形轮廓图；

图48是图46中描绘的机舱地板的变形轮廓图，其标有舱壁位置且没有家具资产；

图49是根据示例性实施例的具有家具资产的、机舱右侧的地面扫描和邻近最大操作高度扫描的变形轮廓图；

图50是根据示例性实施例的包括机舱地板、机身侧壁和车顶内衬的变形的纵向2d须状图。

图51a是根据示例性实施例的包括机舱中的沙发区域的变形的横向2d须状图；和

图51b是示出根据示例性实施例的机舱中的餐柜区域的变形的2d须状图。

具体实施方式

以下详细描述本质上仅是示例性的，并不旨在限制各种实施例或其应用和使用。此外，不旨在于受前述背景技术或以下详细描述中提出的任何理论的约束。

图1示出了根据示例性实施例的飞行器10的透视图。图2示出了图1中描绘的飞行器10的剖面透视图。参见图1和图2，飞行器10包括作为飞行器10的主体的机身12，其支撑机翼14和机尾16。根据飞行器10的设计，发动机18也可以附接到机身12。机身12的主要目的是运载乘客及其货物。如图所示，包括机舱地板22的机舱20在机身12的内部24内延伸。

在示例性实施例中，为了使机舱20对乘客来说更舒适，当飞行器10在大约5000英尺以上飞行时，机舱20被加压以模拟在大约5000英尺的高度处的气压。随着飞行器10的高度增加到5000英尺以上，外部空气压力降低，但是飞行器10的内部机舱压力被调节以保持在相对恒定的压力(例如，大约5000英尺处的空气压力)。这样，当飞行器10飞行在大约5000英尺以上时，机身12的内部24(例如，机舱20)与外部大气之间产生压力差。在示例性实施例中，该压力差增加到飞行器10的最大操作高度，例如，在大约51,000英尺的高度。在该示例中，机舱20与大约51,000英尺处的外部大气之间的最大压力差约为11磅/平方英寸(psi)。

参考图3，当压力差很大时(例如，在约51,000英尺的高度处约为11psi)，会有在机身12的内舱或机身壁28和机舱地板22上向外推动的力或压力26。这些力或压力26可导致机身12和机舱地板22变形。如图所示，响应于飞行器10内外空气的压力差，机舱地板22向下弯曲，机身的侧壁28向外弯曲，并且机身12的上壁或机顶部分30(例如，机顶内衬区域)向下移动。

还参考图4a-b，机舱家具32(例如家具资产)通常附接到机舱地板22、机身壁28(例如侧壁和/或机顶部分)或附接到两者。因此，当机舱地板22和/或机身壁28由于压力26或飞行载荷而移动时，附接的机舱家具32会移动。

还参见图5，在示例性实施例中，机舱地板22和/或机身壁28的局部移动可以相对较小，例如从大约0.010英寸到大约0.250英寸，但是机舱家具32的几何形状和附接位置可以具有放大效果。如图5所示，例如，机舱地板22的舱内附件的大约0.017英寸的下落可导致上舱壁(例如，机顶区段30)约0.086英寸的舱内移动。

参照图6，在示例性实施例中，用于扫描的方法100(下文中称为“扫描过程”)用于表征飞行器10的内部24的形状。扫描过程100采用扫描软件以及一个或多个非接触3d扫描仪，且包括多个步骤。各种扫描软件包是商业上可获得的，包括例如geomagicdesignx，其由位于南卡罗来纳州的罗克希尔(rockhill)的3d系统公司(3dsystemscorporation)制造。在示例性实施例中，且如下面将进一步详细讨论的，在步骤110、112、114、202、204、208、210和212中使用geomagicdesignx软件。

非接触式3d扫描仪被配置为捕获被扫描对象(即扫描对象)的表面上的多个点。捕获的点组称为点云。当这些点足够密时，它们形成扫描对象的外表面的形状。点云可用于开发表示扫描对象的表面的虚拟表面。如果点云包括颜色，则可以将该信息应用于或以其他方式赋予表面以提高准确度。可能需要从不同方向多次扫描扫描对象以捕获其整体几何形状。如下面将进一步详细讨论的，配准是组合扫描对象的多个扫描以创建单个较大点云的过程。

各种非接触式3d扫描仪是商业上可获得的，但是通常3d扫描仪适合以下三种类别之一：飞行时间扫描仪，相移扫描仪和三角测量扫描仪。飞行时间扫描仪使用激光器捕获被扫描对象的表面点。激光器发出光脉冲，该光脉冲传播到扫描对象并返回。使用精确的光速(c)和往返所花费的时间(t)，使用等式1(下面提供)计算扫描仪和扫描对象之间的距离。这种类型的扫描仪对于长距离捕获大型几何结构特别有效。这种类型的3d扫描仪也被称为光检测和测距扫描仪(lightdetectionandrangingscanner)，或lidar扫描仪。

等式1：

三角测量扫描仪组合使用激光器和相机。激光器照射在扫描对象上，相机记录扫描对象上扫描点的位置。使用在相机、激光器和扫描对象之间形成的三角形，计算扫描仪和扫描对象之间的距离。随着扫描仪在扫描对象上移动，重复该过程，直到捕获整个表面点云。三角测量扫描仪非常准确，对于靠近扫描对象的扫描特别有效。市售三角测量3d扫描仪36的一个例子是图8所示的farofreestyle。可以不断移动比如farofreestyle(faro，lakemary，fl)的手持三角测量3d扫描仪36，因此使用被扫描对象表面上的参考特征来计算扫描仪的基准位置。

相移扫描仪使用散射激光测量距离。激光波从光源传输到被扫描物体。当光被反射回扫描仪时，测量光中的相移以确定距离。将距离与传输的光的角度和位置相结合，确定每个扫描点的坐标。相移扫描仪可用于捕获大面积的详细扫描，因为它每秒可捕获多达100,000个点。市售相移3d扫描仪34的一个例子是farofocusx330hdr(faro，lakemary，fl)，如图7所示。这种类型的扫描仪也称为地面激光扫描仪(terrestriallaserscanner，tls)。

在示例性实施例中，扫描过程100包括确定扫描位置(步骤102)，用于针对每次扫描将3d扫描仪置于飞行器10的内部中。3d扫描仪(例如，激光扫描仪)在其视线中收集关于扫描对象的几何形状的信息，因此来自多个扫描位置和方向的多次扫描会适合于完全或基本上完全捕获被扫描的对象。

参照图9，提供了用于将一个或多个3d扫描仪置于飞行器10的机身12的内部24中的放置位置1-7处的扫描放置计划38的非限制性示例。在示例性实施例中，根据扫描放置计划38放置一个或多个3d扫描仪确保了机舱20中的表面(例如，扫描对象)的相对完全的覆盖。根据期望的信息，扫描放置计划38中指示的一些或所有位置可用于完全或基本上完全捕获机舱20中的表面。

还参见图10，3d扫描仪40被示出位于机身12的中心附近，以在前后方向上捕获机舱地板22的数据。另外，3d扫描仪40在机舱20中相对较高地放置，从而也可以扫描机舱家具32的上部。

再次参见图6，扫描过程100通过添加扫描目标继续(步骤104)。因为各种原因而使用扫描目标。一些扫描目标用于帮助识别扫描中的关键特征。其他扫描目标用于对齐多个扫描。某些扫描软件程序可以自动检测某些类型的扫描目标。扫描软件自动识别的目标的中心可用于进行精确测量。还参考图11，提供了布置在机舱20中并沿着机舱地板22布置的扫描目标42的非限制性示例。如图所示，扫描目标42被配置为具有彩色箭头(例如，黄色箭头)的棋盘扫描目标，彩色箭头有助于识别棋盘扫描目标上的中心点。

参见图6和图12a-12c，扫描过程100通过更新一个或多个3d扫描仪40的扫描仪设置44并扫描(步骤106)飞行器10的内部24(例如，包括机舱壁、机舱地板、家具资产等的机舱)而继续。在捕获数据之前选择合适的扫描仪设置很重要。虽然高分辨率、高质量设置能会捕获大量细节，但扫描可能需要几个小时才能完成。相反，低分辨率、低质量扫描速度很快，但点间距大，因此难以捕获零件轮廓，特别是在远距离时。在示例性实施例中，用于扫描飞行器内部的非常有效的设置被确定为预定义的集合之一，如图12a-c所示的“室内hdr”。“室内”这一称法包括适用于中型房间的适当光线、分辨率和质量设置。“hdr”这一称法代表“高动态范围”，包括高清晰度照片的最佳设置，该最佳设置可以紧密复制人眼所经历的亮度范围。通过使用“室内hdr”设置，完整的360度扫描大约需要13分钟。

在扫描期间，一个或多个3d扫描仪40生成飞行器10的内部24的原始扫描数据。为了以最小的阴影捕获整个机舱20，需要3到5次单独扫描，每次扫描在机舱中的不同位置，总共约1小时的扫描时间。扫描总数取决于飞行器内部配置。1小时的时间范围对于飞行前地面扫描和稳定巡航时的飞行中扫描都是实用的，并且结果提供了足够的分辨率来捕获飞行器内部轮廓。

参照图6，在示例性实施例中，在扫描之后，扫描软件处理原始扫描数据(步骤108)，将原始扫描数据变换为更可用的扫描数据。例如，在farofocus3d扫描仪的情况下，扫描软件将扫描点与扫描期间由3d扫描仪拍摄的图像组合。farofocus扫描的前半部分采用激光，该激光用于使用相移计算确定其在扫描对象的表面上接触的点(例如，扫描点)的位置。确定扫描点后，farofocus会拍摄所有被扫描区域的图片。处理数据时，扫描软件将图片中的颜色值分配给相应的扫描点。

图13示出了通过处理原始扫描数据而生成的针对每个扫描的彩色扫描点云46、48和50的示例。在该示例中，存在三个不同的点云46、48和50，其是从机舱内的三个不同扫描、特别是机舱的前部、中部和后部采取的原始扫描数据生成的。每个棋盘扫描目标42的中心点由彩色箭头(例如，黄色箭头)表示。根据在相应扫描开始时3d扫描仪如何定向，每个扫描或扫描点云46、48和50与全局坐标系对齐。当3d扫描仪在每次扫描开始时面向不同方向时，组合的文件示出了不同方向上的每个点云46、48和50。此外，高度表传感器位于farofocus3d扫描仪内部。此功能的目的是为每次扫描分配高度值，以便于对齐扫描(点云46、48和50)。高度在每次扫描之间略微变化，导致点云46、48和50的垂直偏移，如图13所示。

再次参见图6，扫描过程100通过配准多次扫描(步骤110)继续。在示例性实施例中，配准是包括对齐多个扫描(例如，多个点云)并将它们组合成单个扫描或组合式点云的过程。配准使用扫描目标点和几何图形的组合来对齐单个扫描对象的多个扫描。图14示出了飞行器10的内部24的未配准扫描或点云46、48和50的示例，并且描绘了多次扫描的俯视图，其中每个扫描或点云46、48和50具有不同的颜色以简化识别。图15示出了在配准以形成组合式点云52之后的图14中描绘的扫描，如沿着机身12的长度示出的重叠颜色所示。由扫描目标点42形成的图案用于粗略配准。通过使用软件功能完成最终配准，该功能可在扫描之间创建几何形状的“最佳匹配”。

来自图15的相同配准的扫描或点云46、48和50也在图16中示出，然而图16示出了点云信息。由于该点云52由来自机舱20的各个部分的多个配准的扫描组成，因此它代表整个机舱20。在示例性实施例中，扫描过程100的副产品是噪声。位于主机舱20外面的、图15-16所示的附加杂散点和簇54是噪声(例如，不是真实的或不代表扫描对象的表面)并且可以被清扫和移除。这些额外的杂散点和簇54可以例如由窗户、镜子和机舱中可能干扰激光测量系统的其他高反射表面引起。

再次参见图6，扫描过程100通过对经由组合和配准多次扫描而生成的单个组合式点云52进行滤波、平滑和采样(步骤112)来继续。在示例性实施例中，滤波单个组合式点云52从扫描对象外部移除不需要的点(例如，杂散点和簇54)，如图17a所示。在去除多余点之后，平滑单个组合式点云52的其余点以减少扫描对象的外形56的粗糙度，如图17b所示。然后对单个组合式点云52的扫描点进行采样，以减少扫描对象的总点数，如图17c所示。图18示出了经过滤波、平滑和采样之后的图16中描绘的单个组合式点云52。尽管图18中仍然示出了一些杂散点54，然而大部分错误数据已被清除。在示例性实施例中，一旦对单个组合式点云52进行了滤波、平滑和采样，扫描数据就相对更加可用，并且基本上显示了扫描对象的所有表面方面，其中基本上大部分噪声已经被清除。

在处理、配准、组合、滤波、平滑和采样之后，扫描数据准备好进行比较和分析。参见图6和19，在示例性实施例中，为了便于使用扫描数据进行比较，扫描过程100通过将已经滤波、平滑和采样的单个组合式点云52分离(步骤114)成点区域58a-f来继续。分离过程将扫描数据分离成更可用的“组块”或点区域58a-f，并允许隔离和更仔细地检查关键特征，例如，如图20所示的机舱地板22。如下面将进一步详细讨论的，当比较扫描数据时，例如，为了表征由于飞行载荷引起的机舱地板22的形状变化，比较和分析机舱地板扫描数据更简单且更实际，而扫描数据的其余部分、比如机舱家具32、机身侧壁28和机顶内衬30的扫描数据被清除。

参照图22，提供了一种用于表征飞行器内部由于飞行载荷导致的形状变化的方法200。在示例性实施例中，方法200包括使用扫描过程100创建参考扫描(步骤202)，并且独立地创建变形扫描(步骤204)，如前面段落中所述以及参考图6所述。特别地，通过使用扫描过程100来在飞行器10基本静止时(例如，在地面上，飞行以前)用一个或多个3d扫描仪40扫描飞行器10的内部24，从而创建参考扫描。图20示出了在飞行器10在飞行之前在地面上时使用扫描过程100创建的参考扫描60的点区域158a，其示出了飞行器10的机舱地板22。

类似地，在飞行器10在飞行中受到大量飞行载荷，例如飞行器10在接近其最大操作高度的高度飞行、例如在大约51,000英尺的高度飞行时，通过使用扫描过程100利用一个或多个3d扫描仪40扫描飞行器10的内部24来创建变形扫描。图21示出了变形扫描62的点区域258a，其示出了图20中所示的飞行器10的机舱地板22，然而其是当飞行器10在约51,000英尺的高度飞行时使用扫描过程100创建的。

在示例性实施例中并且如下面将进一步详细讨论的，方法200包括后处理和分析(步骤206)参考扫描60和变形扫描62。参考扫描60不仅包括图20所示的机舱地板22的点区域158a，还包括在地面上时在飞行器10的内部24中安装和调节的内部家具32的对应点区域158和扫描数据。变形扫描62包括与参考扫描60类似的、不过是在飞行器10在飞行中时的扫描数据和对应的点区域258。将变形扫描62与参考扫描60进行比较，以捕获飞行器10的内部24的表面如何由于飞行载荷而移动(例如，大小和方向)，从而表征内部24的形状变化。

参照图22，在示例性实施例中，为了对参考扫描60和变形扫描62进行后处理和分析，方法200通过将来自参考扫描60的参考扫描点转换为网格来从参考扫描60创建参考网格(步骤208)来继续。在一个示例中，参考网格64由一组小表面形成，所述小表面通过连接扫描点66以形成扫描对象68的外部形状而创建，如图23所示的网格三角测量中所示。在示例性实施例中，软件使用参考网格64来计算变形扫描点相对于参考扫描点的的距离，以表征形状变化的大小和方向。

在示例性实施例中，方法200通过使用扫描目标中心对齐(步骤210)变形扫描62与包括参考网格64的参考扫描60来继续。特别地，扫描目标42的中心用作对齐的参考基准。在机舱扫描数据的情况下，机舱地板22的最外部分可以用作参考。这种参考基准的选择对于该分析是有帮助的，因为大多数机舱家具32附接到靠近机舱地板22的外边缘的外侧座椅轨道。理解机舱地板22和机身12表面如何相对于附接点移动有助于设计。例如，棋盘扫描目标42可以在采集参考扫描60之前安装在机舱地板22的外边缘上，因此可以在参考扫描60和变形扫描62例如地面和飞行中的扫描中捕获相同的扫描目标42。

图24-25示出了用于对齐参考扫描60和变形扫描62的扫描目标42点(由编号为1-13的点表示)的示例。扫描目标42的中心点用于初始对齐步骤。如图24-25所示在参考和变形扫描60和62两者上选择相应的中心点之后，最佳配合对齐可以由软件来完成。图26示出了对齐的参考和变形扫描60和62。

参照图22，在示例性实施例中，方法200通过细化参考扫描60和变形扫描62的垂直对齐(步骤212)而继续。在示例性实施例中，在初始对齐参考扫描60和变形扫描62之后，使用来自参考扫描60和变形扫描62的选择扫描目标42来细化垂直对齐，如图27所示，图27示出了具有两个扫描目标42的放大视图。在该用于细化的示例中，仅允许在垂直(z)方向上的平移，而所有其他平移和旋转方向是固定的或以其他方式锁定。在示例性实施例中，使用扫描目标42中心的初始对齐对于所有其他或非垂直方向是足够的，但是垂直(z)细化提供了增强的保证：即垂直变形测量是准确的。垂直对齐特别重要，因为垂直变形会导致飞行器内部的大部分问题。

在示例性实施例中，可选地，可以使用来自模拟飞行器机舱(例如，具有尺寸上被限定的扫描元件的机舱20)的数据来进行验证扫描。验证扫描可以帮助统计学上表明表征飞行期间预期的变形幅度和方向的效果。在该实施例中，将基线模拟机舱扫描与具有预先测量的块、盘和/或任何其他尺寸被限定的扫描元件的相同模拟机舱的另外扫描进行比较，以表示变形区域。图28中示出了模拟飞行器机舱20的示例，其中棋盘扫描目标42和扁平卡片纸70处于战略位置。扁平白色卡或纸70在可以添加模拟变形块、盘或其他尺寸被限定的扫描元件以进行“变形”扫描的位置处提供干净的基线扫描区域。所添加的尺寸被限定的扫描元件72(例如块和盘)被示为添加到图29-31中的扁平卡片70上。

再次参见图22，方法200通过创建比较图(步骤214)继续，例如轮廓图、须状图或轮廓图和须状图的组合。这里使用的轮廓图被理解为指的是例如与轮廓图如何在地形上显示丘陵和山谷那样类似地在2d表面上显示3d信息的图。本文所用的须状图应理解为是指使用从名义表面向外延伸且长度上根据其表示的偏差而变化的彩色线的图。在图32中示出了由geomagiccontrolx软件创建的机舱地板22的轮廓图74，在图32中，示出了每个地板目标偏差76。在示例性实施例中，隔离每个目标偏差76(例如，有色方块)，并且捕获这些区域中每一个区域的统计数据以供稍后分析(结果在下面的表1中提供)。图33示出了轮廓图74，其示出了机舱家具32上的目标偏差78。在所示的示例中，橙色块80约为0.750英寸，而黄色目标82是平坦的(约0.000英寸)。

图34示出了单个扫描目标轮廓图74的特写。还示出了代表目标块84的约8,350个扫描点组的统计信息。如统计数据所示，该目标中的点的平均偏差约为0.7343英寸。该扫描目标的所测厚度约为0.7375英寸，这意味着针对该目标的测量偏差为0.7343英寸-0.7375英寸＝-0.0032英寸。来自该目标的数据点的直方图也在图34中示出，图34示出了+/-3标准偏差范围。

图35示出了要针对“变形”评估的所有模拟特征(例如，扫描目标)a-az的关键点。添加到机舱20的内部24的扫描目标a-az的厚度范围从大约0.000英寸到大约0.760英寸。大约0.000英寸的扫描目标是被扫描以评估扫描重复性的不变化的扁平片。理想情况下，不变化的空白片的偏差应为零。每个彩色块表示不同的名义厚度，并且所有扫描目标从a开始到az结尾被唯一标识。带有虚线轮廓的扫描目标位于机舱机顶30(g，t，ad，al和as)上。

下面在表1中针对每个扫描目标示出了统计数据。每个扫描目标由数千个单独的扫描点表示。“名义尺寸”是块的近似尺寸，并且每个“名义尺寸”组被分配唯一的颜色以帮助识别块尺寸与所得测量偏差之间的任何相关性。“所测高度”是每个块的所测厚度，包括用于将块固定到空白表面的约0.003英寸的带。使用geomagiccontrolx软件生成的统计数据(最小，最大，平均，rms，标准偏差和方差)是针对表示每个块或扫描目标的点。“测量偏差”是特别有用或重要的数据，因为该数据表示针对特定测量特征的误差。“测量偏差的标准偏差”是针对每个名义测量组的标准偏差。该数据表明较厚的特征往往具有较大的标准偏差。例如，约0.740英寸、约0.500英寸和约0.250英寸厚度的扫描目标具有约0.030英寸的标准偏差，而约0.220英寸、约0.074英寸和约0.000英寸厚度的扫描目标的标准偏差范围是从约0.005英寸至约0.017英寸。

表1扫描目标测量数据

图36是表1中每个扫描目标的“测量偏差”值的曲线图。图中的标记颜色对应于表1中的每个名义厚度组。包括垂直误差条以表示相应名义目标组的标准偏差。如图所示，与较薄或零厚度测量扫描目标相比，较厚的测量扫描目标看起来具有较大的测量偏差。在示例性实施例中，表1和图36中的测量数据表明：包括扫描过程100的方法200可用于检测飞行器机身变形，以表征飞行器内部由于飞行载荷导致的形状变化。

在示例性实施例中，利用适当的共同基准使扫描数据与参考数据对齐，可以完成更具体的分析。图37示出了在飞行之前和飞行期间机舱地板22的3d直接比较轮廓图74，以分离出由于飞行载荷引起的形状变化。如图所示，机舱地板22的表面在飞行器飞行期间(例如，在约51,000英尺的高度)移动。

图38示出了地板轮廓图74的俯视图，其中示出了机舱家具32的模型用于参考。另外，示出了四个扫描位置(1-4)，指示了在每个位置1-4处的3d扫描仪下方的圆形阴影区域。每个后续扫描收集例如由于来自先前扫描的3d扫描仪下的阴影区域可能已经从先前扫描遗漏的扫描数据。

图39示出了显示出机舱地板22相对于机舱20中的关键点的偏差的、机舱地板轮廓图74的透视图，包括通气接头88，中舱舱壁90a-b和飞行器中心线92。在该示例中，指示的最大偏转约为0.30英寸。如图所示，大部分地板变形发生在前后通气接头88之间。机身12内在机舱地板22下方的区域向大气开放(例如，压力舱地板)，因此机舱内20的压差会使机舱地板22向下变形。通气接头88的前部和后部的区域在地板上方和下方具有相等的压力，因此由压差引起的机舱地板22的变形相对较小或没有变形。

图38和39示出了机舱地板22如何响应于飞行载荷在机舱20的各个部分中移动，这对于内部家具设计者详细设计内部机舱家具32来说是有用的信息。例如，如图38和39所示，沙发94跨前部通气接头88放置，其中后部舱内沙发地板附件向下移动，而外侧和前部舱内附件在飞行期间保持相对平坦。如果内部家具设计师没有考虑到这种变形来设计附件方案，那么由此产生的沙发94变形会在飞行期间引起功能或美学问题。

图40示出了显示出机舱地板22和机身12在后中机舱舱壁90b处变形的须状图96的示例，该图指示出相对于参考数据的移动。如图所示，机舱地板22的变形与图39所示的相同，不过另外示出了沿侧壁28和上机身30的关键点的变形，以提供机身12和机舱地板22的整体形状如何由于飞行载荷而变化的更全面的视图。围绕图40的周边的各个测量值是在用于扫描数据收集的扫描目标点处。扫描目标在这些特定点处附接到机身12结构，因为用于内侧壁28和内衬30的各种表面纹理有时会提供不规则的结果。沿着这些点添加虚线以近似变形的形状。图40中所示的变形被放大30倍以强调形状变化。

图41示出了显示出前中舱舱壁位置90a处的变形的须状图96的示例。比较图41中所示的位置与图40所示的后中舱舱壁90b，前中舱舱壁90a位置沿着上机身30具有相当大的变形，但是沿着侧壁28的变形较小，沿着舱底22的变形相对来说较小或没有。

在示例性实施例中，执行飞行器10的全机舱扫描分析，其中使用图42中所示的五个扫描位置(1-5)和如上所述的方法200收集用于全机舱扫描的数据。这些扫描位置1-5被选择以提供足够的舱室覆盖，并且包括家具资产之间的外侧机舱地板22表面。外侧机舱地板22表面用作扫描对齐的基准参考。

图43示出了用于对齐参考扫描60(例如，地面扫描)和变形扫描62(例如，最大操作高度扫描)的特定扫描点(1-9)。每个对齐扫描点1-9用不同颜色的点标记，以突出对应性。为了确保一致的扫描点选择，地毯图案用于定位来自每次扫描的对应扫描点，如图44所示，图44示出了参考扫描60(顶部)和变形扫描62(底部)的对齐扫描点1。使用机舱地板22的外侧边缘附近的对齐扫描点来进行对齐，因为这些区域具有相对最小的变形。机身扫描点云的侧壁和顶部在对齐时随着机舱地板点移动，但是在图43中仅示出了机舱地板点区域。当组合两个点云时，使用多个对应的对齐扫描点是有利的。相对较大数量的对应对齐扫描点有助于减少对齐误差并改善比较的质量。在示例性实施例中，最少三个对应对齐扫描点被软件用来对齐点云，但是优选多于三个对应的对齐扫描点，例如，五个或更多个对应对齐扫描点。在图43所示的实施例中，由于要对齐相对较大的区域，软件使用九个对应对齐扫描点1-9来对齐点云，一个对应对齐点在家具资产之间的每个外侧机舱地板22区域中。

在对齐合成扫描(例如，参考扫描和变形扫描60和62)之后，分离每个扫描以便于比较机舱的特定区域。图45示出了参考扫描60(例如，地面扫描)的分离。参考扫描60被分成机舱地板、右手(rh)和左手(lh)部分122、124和126(例如，点区域)。机舱座椅已经从扫描、参考和变形扫描60和62中被移除，因为机舱座椅在飞行期间被手动重新定位，使得机舱座椅的比较不相关。

图46中示出了机舱20的rh侧124的参考和变形扫描的叠加，其中扫描内部颜色关闭。参考扫描60(例如，地面扫描)以绿色显示，变形扫描62(例如，最大操作高度扫描)以蓝色显示。相对于图46所示的透视图，蓝色区域62表示在前面的表面，而绿色区域在后面。

图47是用来自图46的相同扫描数据制作的参考扫描60和变形扫描62的比较的变形轮廓图74，然而示出了机舱地板22在大约最大操作高度处与地面相比的相对运动。此比较中的尺度范围为+/-0.500英寸，区域+/-0.050英寸以绿色示出。示出家具资产32以供参考。图48示出另一个机舱地板变形轮廓图74，不过没有家具资产。示出了中舱舱壁、餐柜和沙发位置供参考。图48还示出了扫描对齐区域(绿色)。

图49是机舱20的rh侧124的参考扫描60和变形扫描62的比较的变形轮廓图74。该比较中的尺度范围是+/-0.500英寸，其中大部分区域(例如，绿色区域)表示最小的移动(<0.050英寸)。显示最大移动的区域是：1)机舱20的后半部分中的机舱地板22，2)围绕翼上紧急出口的机身12的侧壁28，以及3)机舱20中间部分的机顶内衬。

图50是包括机舱地板22、机身12的侧壁28和机顶内衬30的显著变形的纵向2d须状图96。指示了针对每个部分的最大偏转。图51a-51b分别是描绘了餐柜和沙发区域的横向2d须状图96。

虽然已经在本公开的前述详细描述中呈现了至少一个示例性实施例，但是应当理解存在大量变型。还应当理解，示例性实施例或多个示例性实施例仅是示例，并不旨在于以任何方式限制本公开的范围、适用性或配置。相反，前面的详细描述将为本领域技术人员提供用于实现本公开的示例性实施例的便利路线图。应当理解，在不脱离所附权利要求中阐述的本公开的范围的情况下，可以对示例性实施例中描述的元件的功能和布置进行各种改变。