JP2003511778A - マイクロポジショニングシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 製造もしくは検査作業で使用するためのツールを正確に位置決めするための装置及び方法をジクのような高価なツールの必要性を削減しながら提供する。この方法は画像を表面上に投影し、投影した画像を検出し、それを処理し、ツールに対する投影した画像の少くとも２次元座標を計算し、ツールを移動して、投影した画像に対して所定の空間関係にそれを置くようにする段階を少くとも含む。このマイクロポジショニングシステムは、画像を表面上に投影するための放射源と、投影した画像を検出するための放射検出器と、ツールを運ぶツール輸送手段と、ツールに対して放射検出器により検出された投影された画像の少くとも２次元座標を計算するプロセッサ手段と、ツール輸送手段を制御して、プロセッサ手段からの信号に応答して投影された画像とともに所定の空間関係でツールを置くようにする制御手段とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 発明の属する技術分野 この発明は製造についての一般分野に係り、とくに製造もしくは検査作業を実
行するためのツールの位置決め（ポジショニング）に関する。

【０００２】 従来の技術 製造環境では、一般に例えば測定、ドリル孔あけ、切断、さら孔もみ、及び検
査といった作業が実行される必要がある。こういった動作を実行するためのツー
ルはそれらの機能を実行するのに先立って位置決めをする必要がある。

【０００３】 ツールが位置決めされる精度は仕上った製品で求められる精度レベルに依存す
る。例えば、航空機製造では、数多くの部品が非常に高い精度標準で作られる必
要があり、ときには必要とされる許容公差に適合するために手ではめられたり、
仕上げられたりする。

【０００４】 伝統的に、製造される物品は手でしるし付け（マークアップ）がされて例えば
孔をあけるべきところとか材料を切断すべきところなどが示された。この方法は
時間を費し、しかもコスト高となり、その理由は熟練労働に大きく依存すること
にあった。最近になって、物品が所望位置に特定物品を保持するように設計され
たジグもしくは他の固定具に保持され、その状態で例えば数値制御（ＮＣ）機械
を用いて機械加工されたり検査されるようになった。

【０００５】 物品のもっと少規模のバッチでは、ジグや他の固定具といったツーリング（こ
のツーリングは物品の極めて高精度の製造を可能とはしているが）を得ることは
ときとして許されないほどの高価なものとなる。

【０００６】 発明が解決しようとする課題 この発明は、上述した既知の位置決め方法が関係している費用の嵩みの問題を
緩和することを探究するものであり、そのためにジグのようなコスト高のツーリ
ングの必要性を削減しながら製造や検査で使用するためのツールの正確な位置決
めのための装置と方法とを与えるようにする。

【０００７】 課題を解決するための手段 この発明によると、マイクロポジショニング（微細な位置決め用）システムが
提供されていて、その構成は：物品の表面上に画像を投影するための放射源であ
って、この画像は製造用テンプレートの一部でありかつ製造もしくは検査作業の
対象となる物品の表面上の所定位置を表わすものである放射源と；投影された画
像を検出するための放射検出器と；製造もしくは検査作業を実行するのに適応し
たツールを運ぶツール輸送手段と；ツールに対して放射検出器により検出された
投影された画像の少くとも２次元座標を計算するプロセッサ手段と；ツール輸送
手段を制御して、プロセッサ手段からの信号に応答して投影された画像とともに
所定の空間関係でツールを位置決めするようにする制御手段とを備えている。

【０００８】 好都合なのは製造用テンプレート内に含まれている情報が前記物品の計算機応
用設計（ＣＡＤ）モデルから直接得られていることである。

【０００９】 放射源はレーザであってよい。好都合なのは、放射源が人間の眼にとって可視
の放射を送出し、それによりオペレータが画像を見ることでできることである。
放射源は例えばVirtex Laseredge3Dレーザ投影システムでよい。２つの放射源が
複雑な表面用に使用されてよい。

【００１０】 放射源は楕円の形で画像を投影してよい。放射源はこれに代って十字の形で、
あるいは円の形で画像を投影してよい。画像は０．５ないし３．０ｃｍの範囲の
大きさのものが好ましい。

【００１１】 画像が表面上に投影される位置は製造もしくは検査作業が実行されるところで
ある。いくつかの画像が同時に投影されて例えばドリル孔あけテンプレートを航
空機のパネルのような表面（サーフェス）上に用意するためにあてられる。

【００１２】 放射検出器はカメラと画像処理システムとを備えている。このカメラは固体電
荷結合デバイス（ＣＣＤ）のアレイを備えていてよい。ＣＣＤはその上に降り注
ぐ光の量に比例した電荷を作り、アレイ内の各デバイスからの電荷は画像を構築
するための画像処理システムによって使用されるのがよい。

【００１３】 画像処理システムは画像をディジタイズするためのフレームグラバ（フレーム
捕捉手段）と、画像を処理するのに適応した計算機とを備えている。

【００１４】 画像が計算機により処理されて、例えば、同じ強度もしくは強度変化のある領
域のような特徴を識別するようにする。この画像プロセッサはそれによって放射
源によって投影された十字（クロス）のような画像を識別することができ、また
画像の中心を位置決めすることができる。

【００１５】 ツール輸送手段はツール保持用装置、例えばチャックを備えている。ツール輸
送手段はさらに移動可能なステージを備えているのがよい。このツール保持用装
置は移動可能なステージ上に好都合にマウントされている。移動可能なステージ
は少くともｘとｙとの方向に動くことができ、ここでｘとｙとの方向は互いに直
角関係（ノーマル）であって、１つの平面（ｘ−ｙ面）内にある。この移動可能
なステージはサーボモータで作動されてよい。この移動可能なステージはさらに
ｚ方向にも動くことができ、ここでｚ方向はｘ−ｙ面に垂直である。これに代る
ものとして、ツール保持用装置がｚ方向に移動するのに適応されていてよい。ツ
ール保持用装置は移動可能なステージにマウントされているのが好都合で、その
様式はツール保持用装置が移動可能なステージに対してｚ方向に移動できるもの
とする。

【００１６】 移動可能なステージ１がプラットホーム上にマウントされていて、プラットホ
ームに対して移動できるのが好い。プラットホームはプラットホームが前記表面
に取外し可能に取付けられるようにするアタッチメント手段を備えているのが好
い。このアタッチメント手段は真空吸引器を備えることができ、真空吸引器はゴ
ムシールとベンチュリイジェクタ真空ポンプとを備えている。これに代るものと
して、アタッチメント手段はもし表面が鉄であれば磁気的部分を備えることがで
きる。代りに、アタッチメント手段は機械式ファスナ、例えばボルト、クランプ
などのようなもの、を備えてもよい。

【００１７】 プラットホームはマイクロポジショニングシステムが曲った、あるいは平坦で
ない表面上で動作できるようにするための調節可能な脚を備えることができる。
この調節可能な脚は個別に調節可能であり、表面とプラットホームとの間の距離
を調節するためのものである。調節可能な脚は手操作もしくは自動的に調節可能
であってよく、油圧式または電気式ジャッキあるいは望遠鏡式か、ねじ式の機械
的構成を利用してよい。

【００１８】 マイクロポジショニングシステムはツールが表面に対して実質的に垂直である
ことをチェックすることを製造作業実行前にチェックするために、標準化（正規
化、ノーマリゼーション）手段を備えているのがよい。この標準化手段は調節可
能な脚を自動的に制御して、プラットホームが表面に関して安定であることを確
かなものとし、またプラットホームの配向を変えて、それによりツールを傾けさ
せることとする。

【００１９】 標準化手段は例えば線形ポテンショメータのようなセンサを備えることができ
る。標準化手段はプラットホーム上に置かれた少くとも２つのセンサを備えてい
て、使用時にはこのセンサが表面と隣接している。代って、標準化手配が例えば
放射源と反射光検出システムのようなセンサを備えていて、この場合には少くと
も２つのセンサがプラットホーム上に置かれていて、使用時にはセンサが表面に
対して垂直となるようにする。このセンサはプラットホームの移動可能なステー
ジが、表面が実質的に平坦である場合に、この表面と実質的に平行であるかどう
かを判断するために使用され、また曲った表面である場合にはプラットホーム上
にマウントされた移動可能なステージが実質的に表面に対して正接（タンジェン
シャル）であるかどうかを判断するために使用される。標準化手段はさらにツー
ルが移動可能なステージに対して垂直であることをチェックするためのツール垂
直性（ノーマリゼーション）エイドを備えていてよい。

【００２０】 プロセッサ手段が画像処理システムから得たデータを用いてツールの位置に関
して画像の位置を判断するのが好都合である。

【００２１】 制御手段はサーボモータと動き制御器とで構成されてよい。

【００２２】 この制御手段は少くとも２つのサーボモータを備えているのが好く、少くとも
１つはｘ方向の移動可能なステージの動きを作動させるものであり、また少くと
も１つはｙ方向に移動可能なステージの動きを作動させるものである。

【００２３】 動き制御器は少くともｘとｙとの方向に移動可能なステージの動きを制御する
のが好都合である。

【００２４】 制御手段はさらにｚ方向にツール保持器（ホールダ）の動きを作動させるため
のサーボモータを備えていてよい。動き制御器はツール保持器のｚ方向の動きを
制御できる。

【００２５】 プロセッサ手段が制御手段と通信をするのに適応されている。

【００２６】 ツール輸送手段はツールを保持するための延びることができるアームを備えて
いる。ツールはドリルであってよい。代りにツールはミリングツールとか、グラ
インダ用ツールとか、溶接用ツールとか、リベット打込みツールであってよい。
これらに代ってツールは検査用ツールとか非破壊試験用ツールであってよい。代
りに、ツールはスプレイガン（銃）とかブラストガンであってよい。

【００２７】 カメラがツール保持器上に用意できて、‘ツールの眼で見た眺望（ビュー）’
をモニタに送ってマイクロポジショニングデバイスのオペレータにとって目視可
能とする。そこでオペレータは表面上で作業が正しくかつ画像が投影されている
場所で実行されていることを眼で視て確認することができる。

【００２８】 プラットホームと、移動可能な板と、ツール保持用手段とが軽量でしかも良好
な強度をもつ材料、例えばアルミニウム合金とかカーボンファイバ複合物から主
として作られると好い。

【００２９】 プラットホーム上にはハンドルが用意されるのが好く、オペレータがドリル孔
あけする表面上でプラットホームを位置決めできるようにする。

【００３０】 この発明によると、別な特徴としてツールを正確に位置決めする方法が提供さ
れていて、その構成は：画像を物品の表面上に投影し、この画像が製造用テンプ
レートの一部であり、かつ製造もしくは検査作業が行なわれることとなる物品の
表面上の所定位置を表わしているものとする投影段階と；投影された画像を検出
する段階と； 投影された画像を処理する段階と；投影された画像の少くとも２
次元座標を製造もしくは検査作業を実行するのに適応したツールに対して計算す
る段階と；該ツールを移動して、それが投影された画像に関して所定の空間関係
に位置決めされるように移動する段階とを少くとも備えている。ツールを正確に
位置決めする方法である。

【００３１】 画像処理の際に、好ましいのは周辺よりも大きな強度をもつ領域といった特徴
が画像処理システムによって識別されることである。この領域の中心はそこで画
像処理システムによって判断されてよい。代って、隣り合う領域間での強度の変
化といった特徴が画像処理システムによって識別されることであり、これが投影
された画像の境界と対応がとれるようにする。

【００３２】 好ましいのは、画像処理システムが投影された画像の中心を位置決めすること
である。投影された画像のツールに関する中心の２次元座標はプロセッサにより
好都合に計算される。

【００３３】 画像処理システムを支援するために、照明が好ましく制御されて、表面上に投
影された画像と表面の他部との間で大きなコントラストを与えるようにする。好
都合なのは、照明が好ましくない反射、及び他の不均等な明かりを最少とするよ
うに選ばれることである。

【００３４】 好都合なのは、ツールがｘ，ｙ，及びｚ方向に操縦できることであり、ここで
ｘとｙとの方向は表面に実質的に平行が正接な２次元平面であり、またｚ方向が
ｘ−ｙ面に直角な方向であるとよい。

【００３５】 ツールは、例えばｘ−ｙ面内で表面に対して実質的に平行または正接に保持さ
れるのがよく、表面に向うか遠ざかるｚ方向に変位されるのがよい。好都合なの
はツールが正規化（標準化）されて、動作線が使用時に表面に対して使用時に垂
直になるようにすることである。

【００３６】 ツールに対して投影された画像の中心の２次元座標を計算するのに続いて、プ
ロセッサは信号を送ってツールがｘ，ｙ面内で動くようにさせそれによって投影
された画像の中心と同じｘ，ｙ座標に位置するようにする。ツールのｘ−ｙ面内
での動きはサーボモータによって行なわれるのがよい。好都合なのは、１つのサ
ーボモータがｘ方向の動きを制御し、また１つのモータがｙ方向の動きを制御す
ることである。これらのサーボモータはプロセッサから動き指令の命令を受領す
る動き制御器により制御されるのが好い。プロセッサは画像の中心と同じｘとｙ
との座標となるためにはｘとｙとの方向にツールがどのように動く必要があるか
を作り出して、次に動き制御器がサーボモータに働いてこの動きを達成するよう
に動き制御器に命令する。

【００３７】 サーボモータからの帰還はツールが所要のｘ，ｙ位置に動いたことをオペレー
タが確認できるようにする。

【００３８】 ツールが所要のｘ，ｙ位置にあるときには、このツールは次にｚ方向に自動的
に変位して、作業を実行することが可能となる。

【００３９】 ツールのｚ方向への動きは例えば空気圧式シリンダとかサーボモータによって
達成できる。ツールのｚ方向への動きの割合（速度）は調節可能なスプリングダ
ンパユニットにより好ましい状態で制御される。

【００４０】 好都合なのは、プラットホームが製造作業に着手する前にオペレータによって
表面に対して取外し可能に取付けられることである。

【００４１】 表面上に画像を投影した後に、オペレータは投影した画像に隣接してプラット
ホームを置くことができる。オペレータはそこでプラットホームが正しく位置し
ているかをチェックするのが好い。このチェックは標準化センサを用いて行って
よい。好ましいのは、標準化センサがプラットホームは正しく位置していないこ
とを示すときにはツールが作業できないようにすることである。標準化センサは
調節可能な脚の動きを制御してプラットホームが表面に対して安定であることを
確保し、またプラットホームの配向を変更するようにすることができる。代って
、オペレータは調節可能な脚の動きを手操作で制御してよい。

【００４２】 製造作業が着手される前に、マイクロポジショニングシステムはツールのｘ，
ｙ位置とリンクすることになる放射検出器の視野内にｘ，ｙ座標がくるように校
正されているのがよい。これがプロセッサに対して、一度放射検出器の視野内で
ある画像のｘ，ｙ座標が判断されたときには、ツールがｘとｙとの方向に動く必
要のある距離を算出することができるようにして、画像と同じｘ，ｙ座標で位置
決めがされるようにする。

【００４３】 好ましいのは、製造作業に続いて、オペレータがモニタ上で作業の結果を目視
的に検査することでできることであり、モニタはツールに隣接して置かれたカメ
ラから表面の画像を受けるものである。

【００４４】 発明の実施の形態 この発明の実施形態を例としての目的で添付の図面を参照して記述して行く。

【００４５】 図１はこの発明によるマイクロポジショニングシステム１の模式図を示す。マ
イクロポジショニングユニット３が表面（サーフェス）５上に置かれている。こ
の表面５は胴体の輪郭（プロフィル）に合って曲っている航空機のパネルであり
、曲率半径は２ｍである。マイクロポジショニングユニットはプラットホーム９
上にマウントされた移動可能なステージ７を備えている。プラットホーム９は真
空吸引器（バキュームサッカ）１１があって、その下側に取付けられていて、表
面５にプラットホーム９を取外し可能に取付けるようにしている。ツール保持器
１３は移動可能なステージ７上にマウントされている。ツール１５はツール保持
器１３内に保持されている。カメラ１７と光源１９とがツール１５に隣接してマ
ウントされており、光源１９はビーム２１を表面５上に投射する。移動可能なス
テージ７はｘ方向サーボモータ２３とｙ方向サーボモータ２５とによって動作さ
れるが、ここでｘとｙとの方向は移動可能なステージと実質的に同一平面上にあ
る。カメラ１７がモニタ２７とカメラ電源２９とに接続されている。ツール１５
はツール電源３１に接続され、マイクロポジショニングユニット３はユニット電
源３３に接続されている。カメラ１７はまた画像プロセッサ３５に接続されてい
て、これが処理ユニット３７の一部を形成している。処理ユニット３７はさらに
プロセッサ３９、制御パネル６３及び動き制御器４１を備えている。動き制御器
はｘとｙとの方向のサーボモータ、それぞれ２３と２５と、に接続されている。
制御パネル６３はボタン６５のようなオペレータ用のつまみ（コントロール）を
備えている。

【００４６】 レーザ投影器４３が表面５でマイクロポジショニング３に隣接したものの上に
放射ビーム４５を投射するように置かれている。

【００４７】 図２はマイクロポジショニングユニット３の斜視図であり、ユニット３は航空
機パネル４７の表面上に置かれている。レーザ投射器（図示せず）がパネル４７
上に３つの十字４９，５１，５３の列を投射している。マイクロポジショニング
ユニットは真空吸引器１１によってパネル４７に取外し可能に取付けられている
。ドリル５５がツール保持器１３によって保持され、またカメラ１７がドリル５
５の近くにマウントされている。ハンドル５７がマイクロポジショニングユニッ
ト３上に用意されていて、オペレータがユニットをより容易に持ち上げられるよ
うにしている。

【００４８】 図３はマイクロポジショニングユニット３の平面図を示す。このユニット３は
その基台（ベース）上に４つの真空吸引器１１を有していて、プラットホーム９
を表面に取外し可能に取付けるようにしている。ユニット３はまた標準化（正規
化）センサ５９を真空吸引器１１の近くに有していてプラットホーム９とその関
連の移動可能なステージ７とが表面に関して平行もしくは正接となるのを確かと
している。ユニット３はまたツール保持器１３内に保持されているツールのｚ方
向の動きを制御するための制御手段６１と、ツールをｘとｙとの方向に動かすた
めの移動可能なステージ７とを備えている。このｚ方向は移動可能なステージの
面に対して実質的に垂直である。

【００４９】 図４は図２と３のマイクロポジショニングユニット３の一部の側面図である。
ドリル５５はツール保持器１３内に保持されている。ツール保持器１３は移動可
能なステージ７上にマウントされており、この移動可能なステージ７はプラット
ホーム９上にマウントされている。ツール制御手段６１はドリル５５のｚ方向の
動きを制御する。

【００５０】 図１ないし４に関して、使用時には、マイクロポジショニングシステム１は機
械加工もしくは検査作業が実行されようとする表面の近くに置かれる。この表面
は実質的に平坦であるのがよく、曲率半径が２ｍ以上とすることができる。この
例では、表面は航空機のパネル４７である。別の実施例では、調節可能な脚を利
用していて、曲率半径は２ｍよりもかなり小さくすることができる。

【００５１】 レーザ投射器４３は放射ビーム４５を十字４９の形で航空機パネル４７に投射
する。航空機パネル４７はジク（図示せず）内に保持されていて、このジグは基
準とされており、それによってパネルの正確な位置がレーザ投射器に対して既知
となりそれによって十字４９がドリル加工を必要とされるパネル４７の正確な部
分上に投影される。レーザ投射器は数個の十字を数個のドリル加工作業が求めら
れる場合にはドリル加工用テンプレートとして、パネル４７上に投射できる。レ
ーザ投射器４３は航空機パネル４７のＣＡＤ（計算機支援設計）モデルからドリ
ルテンプレートを採用することができる。

【００５２】 オペレータはそこで手操作でマイクロポジショニングユニット３を投射した十
字４９の近くに置き、また標準化（ノーマリゼーション）センサ５９を使用して
マイクロポジショニングユニット３の位置を確定して、移動可能なステージ７が
航空機パネル４７に実質的に平行もしくは正接となるようにする。十字４９はカ
メラ１７の視野内になければならない。小形のトーチ（懐中電灯）のような光源
１９がカメラ１７の近くにマウントされていて、光２１をパネル４７上に投射し
てカメラ１７の視野を示すように設定されている。オペレータはそこで十字４９
がカメラ１７の視野内にあるかどうかを容易に見ることができる。

【００５３】 マイクロポジショニングユニット３は緑色光と赤色光とを標準化センサ５９と
関係して有している。もしこの標準化センサ５９がこのユニットが正しく位置決
めされていないことを示すとすると、赤色光が送出されて、オペレータはｚ方向
にドリル５５を動かせなくなる。オペレータはそこでユニットを調節して緑色光
がオンとなるようにし、これがユニット３は正しい位置に置かれていることを示
す。

【００５４】 ユニット３はそこでユニット３のプラットホーム９上で真空吸引器１１を用い
てパネル４７に取外し可能にクランプされる。真空はオペレータがユニット３上
のボタン（図示せず）を押すことにより作動される。

【００５５】 オペレータは、カメラ１７から画像を受領するモニタ２７上のパネル４７の“
カメラの視野”を見ることができる。オペレータがマイクロポジショニングユニ
ット３の位置に満足しているときには、その者は処理ユニット制御パネル６３上
に在るボタン６５を押すことによってドリル機工を作動する。カメラ１７はそこ
でパネル４７上の十字４９の画像を捕えて、画像プロセッサ３５は十字４９を識
別してその中心を計算する。この技術は図５を参照してさらに記述されている。

【００５６】 プロセッサ３９はそこでドリル５５に関する十字４９の中心の相対的な位置を
計算し、十字４９の中心と同じｘとｙとの座標に位置決めするためにｘとｙとの
方向でドリルが動く必要のある距離を計算する。プロセッサはこの情報を動き制
御器４１に告げて、制御器４１は移動可能なステージ７を動かすｘとｙとの方向
のサーボモータ２３，２５の動作を制御する。

【００５７】 マイクロポジショニングシステム１を用いる前に、ツール１５はツール保持器
１３内に置かれて、ツール１５がパネル４７に表面に対して垂直となるようにす
るが、これはプラットホーム９と関連する移動可能なステージ７とがパネル４７
の表面に対して実質的に平行もしくは正接となる場合である。標準化（ノーマリ
ゼーション）センサ５９はプラットホーム９がある表面に対して実質的に平行も
しくは正接となっているかどうかを示すものであり、したがって、これらのセン
サはツール１５が表面に対して垂直であるかどうかも示すことになる。ツール保
持器１３は移動可能なステージ７上にマウントされていて、延びることができる
アーム（腕）を有することができる。この例では、ツール保持器１３は延びるこ
とができるアームを有してはいない。

【００５８】 サーボモータ２３，２５は移動可能なステージ７を動かしてドリルビット（穂
先）が十字４９の中心と同じｘ，ｙ座標に位置するようにする。ドリル５５はそ
こで自動的に始動されて、ｚ方向に移動されて、十字４９の中心を通ってパネル
４７内に孔をあけるようにする。ドリル５５はそこで引き込むようにされて、そ
れによりカメラ１７が十字と孔との生の画像をモニタ２７上で表示できるように
する。オペレータはモニタ２７を用いて孔を検査して、孔が正しい場所にあけら
れたことを確認できるようにする。

【００５９】 図５はカメラ１７の視野７１を示す。十字４９はレーザ投射器４３によって表
面上に投影される。この十字には中心７３がある。カメラ１７はＣＣＤのアレイ
を使用し、ＣＣＤはそこに落ちる光に比例した電荷を作る。アレイは線形（直線
状）であったり矩形状であったりしてよい。アレイ内の各ＣＣＤからの電荷はお
びただしい数のピクセル７９，８１で構成されている画像７５を作り上げるよう
に使用されるが、各ＣＣＤはピクセルに対応している。各ピクセルの強度は対応
するＣＣＤによって生成された電荷に対応している。モニタ２７は画像を表示す
るために使用されて、オペレータは十字４９が正しい位置にあることを調べられ
るようにされている。画像７５はカメラ１７の視野７１に対応している。

【００６０】 投影された十字が表面の一部に存在する場合、表面のその部分に向けられたＣ
ＣＤは動く明かりを受けて、次に十字が投影されていない表面の部分に向けられ
たＣＣＤが受けることになる。ＣＣＤで投影された十字から明かりを受けたもの
は明かりを受けていないものよりも大きな電荷を生成し、それによって対応して
いる画像７５はより大きな強度のピクセル７９とより小さな強度のピクセル８１
とを含んでいて、大きい方の強度のピンセルセルが十字の画像７７を形成してい
る。十字の画像７７の端にあるピクセル７９，８３は十字の画像の中心に近いも
の８５，８７よりも小さな強度となっているが、これはＣＣＤで投影された十字
の端に向けられたものが投影された十字の中心に向けられたものほどには明かり
を受領しないことによる。

【００６１】 画像７５は画像プロセッサ３５により処理される。画像７５は処理されて、同
じ強度をもつ領域といった各種の特徴を識別するようにし、例えば光の‘しみ’
（あるいは小滴，ｂｌｏｂ）とか強度の変化といったもので、例えば投影された
特徴の縁端（エッジ）で生ずるものが識別される。

【００６２】 画像処理アルゴリズムで投影された十字の中心を識別して位置決めをするのは
次の通り： ａ）画像７５は‘しきい値処理され’て、ある強度以上をもつピクセルだけを
残すようにする。図５の例では、強度しきい値は小さい方の強度ピクセル８１と
、十字の画像の端にあるピクセルとを除去するように設定されることになる。

【００６３】 ｂ）しき値を越える隣接するピクセルが接合されてクラスタもしくはブロッブ
（ｂｌｏｂ）を作るようにする。

【００６４】 ｃ）各ブロッブの周りに境界となるボックスが定義される。

【００６５】 ｄ）各ブロッブについて一連の統計が計算され、そこには中心、重心、寸法が
含まれている。

【００６６】 ｅ）所定寸法に満たないすべてのブロップが無視される。

【００６７】 ｆ）一番大きなブロッブが検出された特徴として選ばれる。

【００６８】 ｇ）境界のボックスは２０％だけ縮められる。

【００６９】 ｈ）境界のボックスの各縁端に沿って重心が位置決めされる。

【００７０】 ｉ）各側部上の重心を通る２つの直線が作られて、それらの交点が判断される
。

【００７１】 ｊ）交点はｘ，ｙ座標であってプロセッサ３９に送られる。プロセッサはそこ
でドリルの位置に対するこの位置を計算し、この情報が動き制御器によって使用
されてｘ，ｙサーボモータ２３，２５を制御して、サーボモータが交互と同じｘ
，ｙ座標にドリル５５を物理的に位置決めする。

【００７２】 レーザ投射器は、例えば円形とか楕円形のブロッブといった十字以外の外観特
徴を投影することができる。この場合には、画像処理アルゴリズムは段階ｆを含
むところまでは十字について記述したのと同様のプロセスに従うが、次に一番大
きなブロッブの重心のｘ，ｙ座標が判断されて、これらのｘ，ｙ座標がプロセッ
サに送られる。

【００７３】 画像処理はもっと容易にもっと正確に行うことができるが、それには画像を改
良しかつ解析を簡単にするために環境を注意深く制御することが行なわれる。こ
れは照明を制御することによって支援され、例えば、照明は表面上で一定であっ
て反射や陰影を伴うことがないようにすることとか、投影された特徴と背景照明
との間に合理的な強度差が存在することを確保するようにする。製造されあるい
は検査される物品用の基準（データム）を用意することと、光源に関して物品の
位置を設定することをこの発明の利用の前にすることも重要であり、その理由は
表面の正しい位置に外観特徴が投影されなければならないことによる。また、カ
メラと物品との間の距離は目盛を確定するために知られている必要があり、また
カメラの視野に関してドリルの位置も知られていなければならない。物品のＣＡ
Ｄモデルへのリンクが物品の画像の内容との関係付けに使用することができる。
物品は作業用テーブルにとめられて（クランプされて）よく、放射源に対するそ
の位置が既知の位置決め技術を用いて画像投影前に判断でき、それによってジグ
の必要性を低減している。

【００７４】 上述のシステムに対しては各種の修正変形が当業者にとってはここで示唆され
ているところであり、マイクロポジショニング（微細な位置決め）システムとと
もにする各種の製造もしくは検査ツールの使用について、例えば非破壊試験で使
用されるプローブとか他のツールの使用にあてられる。このシステムがｘとｙと
の方向と同様にｚ方向での位置を識別することができるように適用することは２
つのカメラを用いることにより達成できる。また、マイクロポジショニングユニ
ットの基台（ベース）は車輪（ホイール）とかキャスタとかを有していてよく、
位置決めを支援するようにし、また調節可能な脚があって曲面となっているサー
フェス上での改良された作業を可能とし、さらにクラップス（パチンどめ）とか
電磁石デバイスといった真空吸引器以外の手段があって、このユニットを表面に
合理的に固定支持するようにそれぞれ使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明によるシステムの模式図。

【図２】 このシステムのマイクロポジショニングユニット部の斜視図。

【図３】 このシステムの一部の平面図。

【図４】 図２に示したシステムの一部の側面図。

【図５】 このシステムにより投影される画像を示す図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ジャービス、ポール・エドワード イギリス国、ピーアール４・３ティーエ ル、ランカシャー、プレストン、ニュート ン−ウィズ−スケールズ、スケールズ・ホ ール・レーン ９ (72)発明者 ベッグス、ケビン・ウィリアム イギリス国、エフワイ５・３アールエル、 ブラックプール、バーモント・グローブ 33 Ｆターム(参考） 5H269 AB01 BB01 BB03 JJ09 JJ20 5H303 AA01 AA20 BB02 BB08 CC01 DD01 DD09 FF13 GG11 HH01

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物品の表面上に画像を投影するための放射源であって、この
   画像は製造用テンプレートの一部でありかつ製造もしくは検査作業の対象となる
   物品の表面上の所定位置を表わすものである放射源と； 投影された画像を検出するための放射検出器と； 製造もしくは検査作業を実行するのに適応したツールを運ぶツール輸送手段と
   ； ツールに対して放射検出器により検出された投影された画像の少くとも２次元
   座標を計算するプロセッサ手段と； ツール輸送手段を制御して、プロセッサ手段からの信号に応答して投影された
   画像とともに所定の空間関係でツールを位置決めするようにする制御手段とを備
   えたマイクロポジショニングシステム。
2. 【請求項２】 前記放射検出器はカメラと画像処理システムとを備えている
   請求項１記載のマイクロポジショニングシステム。
3. 【請求項３】 前記カメラは固体電荷結合デバイス（ＣＣＤ）のアレイを備
   えている請求項２記載のマイクロポジショニングシステム。
4. 【請求項４】 前記画像処理システムは前記画像をディジタイズするための
   フレームグラバと、該画像を処理するのに適応した計算機とを備えている請求項
   ２または３記載のマイクロポジショニングシステム。
5. 【請求項５】 前記画像が前記計算機により処理されて、同じ強度もしくは
   強度変化のある領域のような特徴を識別するようにした請求項４記載のマイクロ
   ポジショニングシステム。
6. 【請求項６】 前記画像が前記計算機により処理されて、前記画像の中心を
   位置決めする請求項５記載のマイクロポジショニングシステム。
7. 【請求項７】 前記ツール輸送手段が移動可能なステージ上にマウントされ
   たツール保持用装置を備えている請求項１ないし６のいずれか１項記載のマイク
   ロポジショニングシステム。
8. 【請求項８】 前記移動可能なステージがプラットホーム上にマウントされ
   ている請求項７記載のマイクロポジショニングシステム。
9. 【請求項９】 前記プラットホームはプラットホームが前記表面に取外し可
   能に取付けられるようにするアタッチメント手段を備えている請求項８記載のマ
   イクロポジショニングシステム。
10. 【請求項１０】 前記プラットホームは前記表面とプラットホームとの間の
    距離を調節するための調節可能な脚を備えている請求項８または９記載のマイク
    ロポジショニングシステム。
11. 【請求項１１】 前記ツール保持用装置は前記移動可能なステージに対して
    動くように適応されている請求項７ないし１０のいずれか１項記載のマイクロポ
    ジショニングシステム。
12. 【請求項１２】 前記ツールが前記表面に対して実質的に垂直であることを
    製造作業が実行される前に調べるための標準化手段を備えている請求項１ないし
    １１のいずれか１項記載のマイクロポジショニングシステム。
13. 【請求項１３】 前記標準化手段が調節可能な脚を自動的に制御する請求項
    １２記載のマイクロポジショニングシステム。
14. 【請求項１４】 前記プロセッサ手段が画像処理システムから得たデータを
    用いて前記ツールの位置に関して画像の位置を判断する請求項１ないし１３のい
    ずれか１項記載のマイクロポジショニングシステム。
15. 【請求項１５】 前記制御手段が前記ツール輸送手段の動きを制御するため
    の動き制御器を備えている請求項１ないし１４のいずれか１項記載のマイクロポ
    ジショニングシステム。
16. 【請求項１６】 前記制御手段がさらにサーボモータを備えている請求項１
    ５記載のマイクロポジショニングシステム。
17. 【請求項１７】 前記ツール輸送手段がツールを保持するための延びること
    ができるアームを備えている請求項１ないし１６記載のマイクロポジショニング
    システム。
18. 【請求項１８】 画像を物品の表面上に投影し、この画像が製造用テンプレ
    ートの一部であり、かつ製造もしくは検査作業が行なわれることとなる物品の表
    面上の所定位置を表わしているものとする投影段階と； 投影された画像を検出する段階と； 投影された画像を処理する段階と； 投影された画像の少くとも２次元座標を製造もしくは検査作業を実行するのに
    適応したツールに対して計算する段階と； 該ツールを移動して、それが投影された画像に関して所定の空間関係に位置決
    めされるように移動する段階とを少くとも備えているツールを正確に位置決めす
    る方法。
19. 【請求項１９】 投影された画像についての放射源に対する前記物品の正確
    な位置決めが該物品の表面上に画像を投影する前に既知の位置決め技術によって
    決められる請求項１８記載の方法。
20. 【請求項２０】 前記製造用テンプレート内に含まれている情報が前記物品
    の計算機応用設計（ＣＡＤ）モデルから直接得られている請求項１８または１９
    のいずれか１項記載の方法。
21. 【請求項２１】 前記ツールが使用前に標準化されて、それによりその動作
    線が前記表面に対して垂直となるようにする請求項１８ないし２０のいずれか１
    項記載の方法。
22. 【請求項２２】 前記投影された画像の中心が投影された画像の処理中に位
    置決めされる請求項１８ないし２１のいずれか１項記載の方法。
23. 【請求項２３】 前記ツールに対する前記投影された画像の中心の２次元座
    標がプロセッサによって計算される請求項２２記載の方法。
24. 【請求項２４】 前記プロセッサが動き制御器に向けて信号を送り、前記ツ
    ールが動くようにさせ、それによってツールが投影された画像の中心と同じ２次
    元座標に位置するようにする請求項２３記載の方法。
25. 【請求項２５】 前記動き制御器はツールを動かすためのサーボモータを作
    動させる請求項２４記載の方法。