JP2017003573A - 磁気ターゲットの検知 - Google Patents

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Abstract

【課題】磁気ターゲットの計算された位置の信頼度を向上できる装置を提供する。【解決手段】装置110は、一様でターゲット120の中心軸の周りに同心円状の磁界を生成するための磁気ターゲット120、磁界を検知するための3軸デジタル磁気コンパスのアレイ130、及び複数のコンパスからターゲットまでのベクトルの交点を検出するためのプロセッサ140を備える。ベクトルは中心軸に垂直なグローバルX−Y平面内にある。各ベクトルは、複数のコンパスの1つから磁気ターゲットまでの検知された磁界の方向を示す。【選択図】図1

Description

磁気ターゲット及びセンサーアレイは、非磁性壁の背後に隠れた特徴部位の位置を特定するために使用されうる。磁気ターゲットは壁の背後の特徴部位に配置され、壁の前面からセンサーアレイによるスキャンが行われる。磁気ターゲットからの磁束線がセンサーアレイによって検知される。
アレイの各センサーは、磁界の位置の測定値として絶対磁界強度を使用しうる。磁気ターゲットの相対位置は、異なるセンサーペア間で測定された磁界強度の差分を決定し、その差分を使用して磁気ターゲットの相対位置を三角測量することによって推測されうる。
一般的に、検知された磁界強度の差分は、アレイから磁気ターゲットまでの距離に比例するが、常にそうなるわけではない。磁気ターゲットが生み出す磁界が弱い場合、或いはペアになるセンサーが共に磁気ターゲットから遠く離れている場合には、現れる差分は小さくなる。アレイが実際の位置よりも磁気ターゲットから遠く離れているように見えることがあるため、位置決め誤差が発生しうる。
本書に記載の実施形態によれば、装置は、一様でターゲットの中心軸の周りに同心円状の磁界を生成するための磁気ターゲット、磁界を検知するための3軸デジタル磁気コンパスのアレイ、及びコンパスからターゲットまでのベクトルの交点を検出するプロセッサを備える。ベクトルは中心軸に垂直なグローバルX−Y平面内にある。各ベクトルは、コンパスの1つから磁気ターゲットまでの検知された磁界の方向を示す。
本書に記載の別の実施形態によれば、ロボットシステムは、非磁性構造体の上で製造処理を実行する第1ロボット及び第2ロボットを備える。第1ロボットは、一様でターゲットの中心軸の周りに同心円状の磁界を生成するための磁気ターゲット、第1エンドエフェクタ、及び構造体の第1の面に磁気ターゲットを位置付けるための位置決めシステムを含む。第2ロボットは、磁界を検知するための3軸デジタル磁気コンパスのセンシングアレイ、製造ツール、第2エンドエフェクタ、及び磁気ターゲットを配置するために、構造体の第2の対向面の表面に沿ってセンシングアレイをスキャンするための位置決めシステムを含む。第2ロボットは更に、コンパスから磁気ターゲットまでのベクトルの交点を検出するためのプロセッサを含む。ベクトルはグローバルX−Y平面内にある。各ベクトルは、コンパスの1つからターゲットまでの検知された磁界の方向を示す。第2ロボットは交点を使用して、磁気ターゲットに対して製造ツールを位置決めする。
本書に記載の別の実施形態によれば、磁気ターゲットは、円筒形の強磁性コア、コアを取り囲むトロイダル磁石、及びコアの周囲でトロイダル磁石に隣接する集束円錐を備える。
本書に記載の別の実施形態によれば、非磁性構造体の背後に隠れた特徴部位を位置決めする方法は、特徴部位に磁気ターゲットを配置すること、3軸デジタル磁気コンパスのアレイを使用した構造体前面のスキャニング、及び各コンパスから磁気ターゲットまでの方向ベクトルを計算することを含む。各方向ベクトルは、磁気ターゲットの中心線に垂直なX−Y平面内にある。本方法は更に、方向ベクトルの交点を検出すること、ターゲットから基準点までのオフセットベクトルを計算するため交点を使用すること、及び基準点を移動するためオフセットベクトルを使用することを含む。
これらの特徴及び機能は、種々の実施形態において単独で達成することができるか、または他の実施形態において組み合わせることができる。実施形態の更なる詳細は、以下の説明及び図面を参照することで理解可能である。
磁気ターゲット及び3軸デジタル磁気コンパスのアレイを含む装置を示す図である。 アレイの例を示す図である。 アレイに対して磁気ターゲットの位置を決定する方法を示す図である。 方向ベクトルの交点を決定する方法を示す図である。 オフセットベクトルを示す図である。 磁気ターゲットの深さを計算する方法を示す図である。 磁気ターゲットの深さを計算する方法を示す図である。 磁気ターゲットの例を示す図である。 磁気ターゲットの例を示す図である。 磁気ターゲットの例を示す図である。 磁気ターゲット及び3軸デジタル磁気コンパスのアレイを含むロボットシステムを示す図である。 製造処理を実行するためのロボットシステムを使用する方法を示す図である。
かなり一様で中心軸(A)の周りで同心円状である磁界を生成するための磁気ターゲット120を含む装置110を示す、図1を参照する。磁束線は磁気ターゲット120から外向きに放射状に広がる。
磁気ターゲット120は、グローバル座標系を形成するグローバルX軸、Y軸、及びZ軸を画定する。Z軸は磁気ターゲット120の中心軸(A)と一致し、グローバルX−Y平面はX軸及びY軸によって形成される。グローバルX−Y平面は中心軸(A)に垂直である。グローバルX−Y平面内で見た場合、磁界がかなり一様で同心円状であることを考えるならば、磁束線は直線的であると推測される。
装置110は更に、磁界を検知するための3軸デジタル磁気コンパスのアレイ130を含む。各デジタル磁気コンパスは、ローカル座標系を形成するローカルa軸、b軸及びc軸に沿って磁界を検知する。例えば、各デジタル磁気コンパスは、各ローカル軸に沿って磁気成分を検知するためのセンサーを含む。3つのセンサーが互いのほぼ上部に積み上げられていると(従来のデジタル磁気コンパスではこれが一般的であるが)、同一磁界が3つのセンサーすべてに影響を及ぼす。各磁気センサーは、印加される磁界に応答して抵抗が変化する磁気抵抗デバイスを含みうる。各デジタル磁気コンパスはまた、磁界強度及び方向のデジタル値を提供するインターフェース電子機器を含む。
図2を更に参照すると、アレイ130の例が示されている。図2のアレイ130は、回路基板などの基板210の上に4つの3軸デジタル磁気コンパス210を含む。デジタル磁気コンパス210は、四角形の頂点に配置されている。開口部230は基板220の中心に位置し、基準点は開口部230の中心に位置する。
各デジタル磁気コンパス210のローカルa軸、b軸及びc軸は、グローバルX軸、Y軸及びZ軸に揃っている必要はない。図2では、例えば、ローカルa軸及びb軸は、ローカル座標系からグローバル座標系への測定値の変換に関わる計算、また、磁気ターゲット120の位置を決定するための計算を単純化するため、ローカルc軸の周りに45度回転されている。
検知作業中、磁気ターゲット120は非磁性構造体(W)の表面の背後に配置され、アレイ130は構造体(W)の前面に沿って移動される。各デジタル磁気コンパス210は、そのa軸、b軸及びc軸に沿って磁界強度を測定する。
装置110は更にプロセッサ140を含む。各デジタル磁気コンパスに関して、プロセッサ140は、グローバルX−Y平面内で、デジタル磁気コンパス210から磁気ターゲット120に向かうベクトルを計算する。
プロセッサ140は、磁気ターゲット120の位置を決定するためにこれらのベクトルの方向を利用するが、ベクトルの絶対磁気強度を利用することはない。そのため、これらのベクトルはこれ以降「方向ベクトル」と称される。
プロセッサ140は、グローバルX−Y平面内で方向ベクトルの交点を検出する。交点はデジタルコンパス210に対する磁気ターゲット120の位置を示す。この相対位置から、オフセットベクトルが導出されうる。例えば、オフセットベクトルは基準点からの距離と方向を特定する。
例えば、図2の開口部230により、ドリルビットは基板220を通ることができる。開口部230の中心は、ドリルビットの中心を示す。したがって、開口部230の中心はまた、基準点を示す。オフセットベクトルは、磁気ターゲット120の上にドリルビットを配置するためにドリルビットを移動すべき距離と方向を示しうる。
ここで図3を参照すると、どのようにして方向ベクトルが計算され、次いでデジタル磁気コンパス210に対する磁気ターゲット120の位置決定に使用されるのかが示されている。
ブロック310では、各デジタル磁気コンパス210の方向ベクトルが決定される。各デジタル磁気コンパス210は、a軸及びb軸に沿った磁界の成分(a成分及びb成分)を検知し、プロセッサ140は、a成分及びb成分の関数として磁気ターゲット120への方向ベクトルを決定する。
ブロック320では、ローカル座標系の方向ベクトルは、グローバルX−Y平面の方向ベクトルに変換される。グローバルX−Y平面内で方向ベクトルの交点が決定される。
図4Aは、図2に描かれた構成を有するアレイ130に対して、方向ベクトルと交点が決定される方法の例を示している。デジタル磁気コンパス210は隅部A、B、C及びDにある。磁気ターゲット120は位置Pにある。
各隅部はローカル座標系のa軸及びb軸である。グローバルX−Y平面は、X軸及びY軸によって定義される。
ローカルa−b平面内の磁束線は直線に見えるため、磁束線は磁気強度にかかわらず、同じ角度でデジタル磁気コンパス210と交差する。磁界が磁気ターゲット120の先端から外に向かって放射される場合には、軸での偏差は方向に大きな影響を及ぼさない。
各隅部に対して余角のペアが存在する。隅部Aに対してA1とA2、隅部Bに対してB1とB2、隅部Cに対してC1とC2、隅部Dに対してD1とD2が存在する。また、位置Pには4つの中心角が存在する。∠APB、∠BPC、∠CPD、及び∠DPAである。これらの角はそれぞれ、2つの方向ベクトルによって形成され、点Pは2つの方向ベクトルの交点に位置する。
各隅部の余角は、検知された磁界のa成分とb成分を使用して検出されうる。例えば、角A1及び角A2は、隅部Aで検知されたa成分(a)とb成分(b)から、以下のように計算されうる。
A1=atan(b/a) − π/4
A2= π/2 − A2
次に中心角が計算される。例えば、中心角∠DPAは、∠DPA = π − (D2+A1)のように計算される。
線分AP、BP、CP及びDPの面内長が計算される。理想的には、全ての方向ベクトルは、磁気ターゲット120の位置Pで交差しうる。しかしながら、軸の不整合や偏差などの様々な要因によって、そのようにはならない。その結果、ベクトルは異なる交点で交差する。
その結果、各面内長AP1、AP2、BP1、BP2、CP1、CP2、DP1及びDP2に対して2つの解が存在しうる。各長さは正弦の法則を使用して決定されうる。例えば、
AP1 = dAB*sin(D2)/sin(∠DPA)
AP2 = dAB*sin(B1)/sin(∠DPA)
ここでdABは、隅部Aと隅部Bとの間の既知の距離である。距離dABは、距離dBC、dCD、及びdDAと同じでなければならない。
グローバルX−Y平面内での磁気ターゲットの位置Pが決定される。最初に、各中心三角形の高さが明らかになる。例えば、中心角∠DPAの高さhは、h=DP2*sin(D2)であることがわかる。
位置Pにおける磁気ターゲット120の距離LAD及びグローバル座標Y及びXは、以下のように計算されうる。
= dAB/2 − h
AD = DP2*cos(D2)
= 距離/2 + LAD
AB/2が使用される理由は、中心角∠DPAの高さ(h)が計算され、X軸(Y=0)から線分DAまでの距離からその高さ(h)が引き去られるからである。
したがって、各線分AP、BP、CP及びDPの面内長は、磁気コンパスからその交点までの距離として計算される。そのため、交点はX及びYに対して4つの値をもたらす。磁気ターゲット120がアレイ130の中心にあるときには、方向はほぼ平行になるため、対向するセンサーの交点の使用は回避される。
ここで再び図3を参照する。ブロック330では、グローバルX−Y平面内での磁気ターゲット120の位置が決定される。例えば、面内距離の統計的な基準(例えば、平均)が計算される。
プロセッサ140は、磁気ターゲット120の計算された位置の信頼度を測るため、標準偏差などの統計的な基準を使用しうる。不良センサー、鉄の影響、或いは計算位置における特異性は大きな不一致の原因となりうる。
そのため、プロセッサ140は、ターゲットの位置を決定する際に、ベクトルの大きさには依拠しない。すなわち、磁界強度のa成分及びb成分は、磁石の強度にかかわらず(センサーの飽和点まで、又はセンサーが消えるまで)、互いに増減して同じ方向を生み出すため、プロセッサ140はベクトルの磁界強度に依拠しない。
ブロック340では、オフセットベクトルが決定されうる。磁気ターゲット120の位置Pは計算されるが、グローバルX−Y平面内の基準点の位置Rは既知である。オフセットベクトルは、基準点Rから磁気ターゲット120までの距離及び方向を示しうる(図4B参照)。
上述の実施例は4つのデジタル磁気コンパス210を有するアレイ130に関連するが、アレイ130はそのように限定されない。交点を特定するには少なくとも2つの方向ベクトルが必要とされるため、アレイ130は少なくとも2つのデジタル磁気コンパスを有する。しかしながら、磁気ターゲット120が2つのコンパスの真ん中に位置する場合には特異点が形成され、交点は特定されないか、磁気ターゲット120からはるか遠くに位置する。追加のデジタル磁気コンパスを使用することにより、特異点の可能性は低減される。この可能性を低減するには、合計4個のデジタル磁気コンパスで充分なことがわかっている。1つの測定値が異常値として破棄されても、残りの測定値は特異点を回避することができる。
プロセッサ140は、グローバルX−Y平面内での磁気ターゲット120の位置の計算だけに限定されない。プロセッサ140はまた、磁気ターゲット120の深さも計算しうる。
プロセッサ140は、デジタル磁気コンパスの少なくとも1つのz成分(Hz)を利用することにより、磁気ターゲット120の深さを決定しうる。図5Aに示したように、グローバルX−Y平面内での磁界強度(HX−Y)が計算され、3つの全センサーから総磁界強度(HX−Y−Z)が計算され、また、磁気ターゲットの角度(θ)を決定するため、逆タンジェントが計算される。
図5Bに示したように、磁気ターゲットの角度(θ)は次に、深さを決定するために使用される。磁気ターゲットまでの面内距離(dX−Y)は事前に決定されたため、深さ(d)は面内距離とtan(θ)との積として計算されうる。
図4Aの例について更に詳しく説明すると、線分AP1、AP2、BP1、BP2、CP1、CP2、DP1及びDP2の各面内距離に対する深さが計算される。結果は合計8つの深さである。これらの深さの平均値又は他の統計的な基準は、磁気ターゲット120の深さを決定するために計算されうる。
アレイ130のセンサー測定値は、地球の磁界や隣接する鉄による磁界の効果によって影響されうる。プロセッサ140は、これらの影響を補正するため、3軸デジタル磁気コンパスからの測定値を使用することができる。追加の磁気コンパスは、磁気ターゲット120からの磁界を検知しないよう、磁気ターゲット120から離して配置される。例えば、ターゲットの磁界は指数関数的に減衰し、例えば、中心軸からおよそ8インチ離れるとほぼゼロになる。地球の磁界どちらか言うと一様で、大きな鉄の構造体による(例えば、建物や組立治具の鋼鉄による)鉄の影響も一様であるため、追加のデジタル磁気コンパスは、この漂遊磁界のみのa成分、b成分及びc成分を検知する。これらの成分は、各コンパスのローカル座標系上に変換されてもよく、次いでデジタル磁気コンパスによって測定された各成分から減算されてもよい。
装置110は、特定の種類の磁気ターゲット120に限定されない。しかしながら、円筒形の強磁性コア及び当該コアを取り囲むトロイダル磁石を有する磁気ターゲット120は特に有用である。
図6Aは、磁気ターゲット120の例を示す図である。図6の磁気ターゲット120は、円筒形の強磁性コア610及びコア610を取り囲むトロイダル磁石620を含む。強磁性集束円錐630は、コア610の周囲でトロイダル磁石620に隣接して配置される。磁石620からの磁束は、周囲空気ではなく集束円錐630を通って流れる。このように、集束円錐630は、集束円錐630の先端で磁束密度と磁界の一様性を改善するため、磁界を集中させる。
図6A及び図6Bに示したように、強磁性コア610は磁界を吸収し、磁石620に向かって磁界を軸方向に放出し、これによって磁界を磁石620の物理的な本体に揃える。これは不整合によって誘発される誤差を低減する。コア610の高い透磁性はまた、磁界の均一化を支援する。
図6Cを参照すると、図6Aの磁気ターゲット120の例示的なコンポーネントが示されている。コア610及び集束円錐630は一体構造を形成する。磁石620はコア610の上を摺動する。磁気ターゲット120は、ハウジング640とエンドキャップ650を更に含む。コア610、磁石620及び集束円錐630は、ハウジング640及びエンドキャップ650内に収容されている。ハウジング640及びエンドキャップ650は、パイロットホールに挿入するためのせん断ピンの形状を有してもよい。
コア610は、エンドキャップ650の開口部を通って延在しうる。ハウジング640内のバネ660は、磁石620をエンドキャップ650に向けて外向きに付勢しうる。このバネ負荷構成は、物体が構造体を通るための穿孔及び他の処理に有利である。例えば、図6A〜図6Cの磁気ターゲット120は、穿孔が実行される間、パイロットホール内に留まりうる。ドリルビットが通過して、構造体を超えて延在する場合には、ドリルビットはコア610、磁石620及び集束円錐630を押圧する。
装置110は、手動で使用されてもよい。例えば、装置110は更に手持ちツール(図示せず)を含んでもよく、アレイ130及びプロセッサ140は手持ちツールに一体化されうる。手持ちツールは構造体の前面を横断してスキャンすることができる。プロセッサ140は、ツール上のビジュアル画面にオフセットベクトル及び他の情報を送信しうる。オペレータはこの情報を使用して、手持ちツールを磁気ターゲット120の上に手動で配置することができる。
しかしながら、磁気ターゲット120の位置の自動計算及びオフセットベクトルの計算により、装置110は特にロボット処理に適している。例えば、ロボットペアは製造処理を行うために装置110を使用しうる。
図7は、非磁性壁(W)の対向する面上で製造処理を実行するためのロボットシステム710を示している。ロボットシステム710は、壁(W)の対向する面上で同期して処理を行う内部ロボット720と外部ロボット730を含む。内部ロボット720は、エンドエフェクタ722の一部となりうる磁気ターゲット120を含む。内部ロボット720は更に、磁気ターゲット120を配置するため、壁(W)の内面に沿ってエンドエフェクタ722を移動するための位置決めシステム724を含む。磁気ターゲット120はエンドエフェクタ722及び位置決めシステム724によって所定の位置に保持されるか、壁(W)の内面の特徴部位に固定されうる(例えば、内面に接して存在する部分の穴に挿入される)。
外部ロボット730は、プロセッサ140及びアレイ130を含む。アレイ130はエンドエフェクタ732の一部であってもよい。エンドエフェクタ732はまた、製造ツール734を含む。外部ロボット730は更に、壁(W)の外面に沿ってエンドエフェクタ732を移動するための位置決めシステム736を含む。漂遊磁界を測定するための追加のコンパスが、外部ロボット730に搭載されうる。
アレイ130は製造ツール734と一体化されてもよい。例えば、製造ツール734がドリルを含む場合、アレイ130はドリルのスピンドルに一体化されうる。
図8は、壁(W)を通ってブラインドパイロットホールまで穴を穿孔するため、ロボットシステム710を使用する方法を示している。パイロットホールは、壁(W)の内面上の部分(図示せず)に配置されている。ほんの一例であるが、航空機外板によって壁(W)が形成され、その一部は航空機外板の内面に接して配置されるスティフナーを含む。スティフナーはパイロットホールを含む。
ブロック810では、内部ロボット720は、磁気ターゲット120をパイロットホールに挿入するため、自身のエンドエフェクタ722を移動する。ブロック820では、壁(W)の外面に配置された外部ロボット730は、壁(W)の外面上のアレイ130をパイロットホールの予期された位置まで移動する。第1の実施例として、内部ロボット720は自身のエンドエフェクタ722をパイロットホールの予期された位置の上に移動するようにプログラムされており、外部ロボット730は自身のエンドエフェクタ732をパイロットホールの予期された位置の上に移動するようにプログラムされている。第2の実施例として、内部ロボット720は自身のエンドエフェクタ722を現在の位置から、磁気ターゲット120がパイロットホール内に配置される第2の位置まで移動する。内部ロボット720はまた、現在の位置から第2の位置までの運動ベクトルを決定する。内部ロボット720は運動ベクトルを外部ロボット730に伝え、外部ロボット730はこの運動ベクトルを使用して自身のエンドエフェクタ732を移動する。
ブロック830では、アレイ130の各デジタル磁気コンパスは、磁気ターゲット120の磁界強度を測定する。ブロック840では、測定値は地球の磁界及び大きな鉄の影響に対して補正される。
ブロック850では、プロセッサ140は、グローバルX−Y平面内の方向ベクトルの交点の位置を計算する。これらの交点から、プロセッサは、グローバルX−Y平面内での磁気ターゲット120の位置を計算する。
ブロック860では、プロセッサ140は、グローバル座標での磁気ターゲット120の位置からグローバル座標での基準点の位置までのオフセットベクトルを計算する。基準点がドリルビットの中心線に対応する場合、オフセットベクトルは、ドリルビットを移動すべき場所を示すこと、或いはドリルビットが磁気ターゲット120の真上にあることを検証することができる。
ブロック870では、磁気ターゲット120の深さ及び極性などの付加情報が計算されうる。磁気ターゲットはN極とS極を有する。磁気ターゲット120がパイロットホールに挿入されると、一方の極は他方の極よりもアレイ130に近くなる。プロセッサ140は、各デジタル磁気コンパスのz成分の極性をチェックすることにより、磁気ターゲット120の極性を決定しうる。
ブロック880では、オフセットベクトルが磁気ターゲット120と基準点との間の距離が閾値を超える(すなわち、位置の許容誤差を超える)ことを示す場合、外部ロボット730はオフセットベクトルに従って基準点を移動する。ブロック830〜880は、位置の許容誤差が許容範囲内に入るまで反復される。
位置の許容誤差が許容範囲内に入ると、製造処理が実行される(ブロック890)。ドリルビットは、外板を通ってパイロットホールまで穿孔するために使用される。
追加の製造処理が実行されうる。例えば、航空機外板を通って穴が穿孔された後、内部ロボット720は磁気ターゲット120を取り除き、外部ロボット730は穿孔された穴に締結具を挿入し、内部ロボット720は締結具の終端処理を行う。
極性に関する情報は、正しい磁気ターゲットが取り付けられたかどうかを決定するために使用されうる。極性情報は製造処理を支援しうる。例えば、アレイ130によって明らかになった極性に応じて、種々の穿孔プロセス(種々の穿孔速度、送り速度、ペックサイクルなど)を使用するマシンに信号を送るために、種々の磁石の極性情報が使用されうる。
磁気ターゲットの深さに関する情報は、穿孔の深さを決定するために使用されうる。図6A〜図6Cの磁気ターゲット120が使用される場合には、構造体を穿孔した後、ドリルビットはバネ付勢された磁石に置き換えられるため、深さ測定は正確であることが欠かせない。
更に、本開示は下記の条項による実施形態を含む。
条項1. 一様でターゲットの中心軸の周りに同心円状の磁界を生成するための磁気ターゲットと、
前記磁界を検知するための3軸デジタル磁気コンパスのアレイと、
前記コンパスから前記ターゲットまでのベクトルの交点を検出するプロセッサであって、前記ベクトルは前記中心軸に垂直なグローバルX−Y平面内にあり、各ベクトルが前記コンパスの1つから前記磁気ターゲットまでの検知された磁界の方向を示すプロセッサと
を備える装置。
条項2. 前記交点は、前記ベクトルの大きさではなく、前記ベクトルの方向から導き出される、条項1に記載の装置。
条項3. 前記プロセッサは、前記グローバルX−Y平面内の前記磁気コンパスに対する前記磁気ターゲットの位置を導き出すために前記交点を使用する、条項1に記載の装置。
条項4. 前記プロセッサは、前記ターゲットから基準点までのオフセットベクトルを決定する、条項3に記載の装置。
条項5. 各デジタル磁気コンパスは、ローカルa軸及びb軸に沿った磁界の成分を検知するための磁気センサーを含み、前記成分はローカルa軸及びb軸からグローバルX−Y平面へ変換される、条項3に記載の装置。
条項6. 前記プロセッサは、
各コンパスに対して方向ベクトルを決定し、
前記方向ベクトルから前記交点を決定し、
前記交点から前記ターゲットの面内距離を計算する、条項3に記載の装置。
条項7. 前記プロセッサは、前記面内距離の統計的な基準として前記磁気ターゲットの前記位置を計算する、条項6に記載の装置。
条項8. 前記プロセッサは、前記面内距離の統計的な基準として前記磁気ターゲットの統計的な信頼基準を計算する、条項7に記載の装置。
条項9. 前記プロセッサは、前記面内距離及び磁気強度の少なくとも1つのz成分を使用して、前記磁気ターゲットの深さを計算する、条項6に記載の装置。
条項10. 前記アレイは更に、追加のデジタル磁気コンパスを含み、前記プロセッサは、地球の磁界及び鉄の影響を補正するため、前記追加のコンパスからの測定値を使用する、条項1に記載の装置。
条項11. 前記磁気ターゲットは、円筒形の強磁性コア及び前記コアを取り囲むトロイダル磁石を含む、条項1に記載の装置。
条項12. 前記磁気ターゲットは更に、前記コアの周囲で前記トロイダル磁石に隣接する集束円錐を含む、条項11に記載の装置。
条項13. 前記磁気ターゲットは更に、ハウジング及び前記トロイダル磁石を外向きに付勢するための前記ハウジング内のバネを含む、条項12に記載の装置。
条項14. 非磁性構造体の上で製造処理を実行するための、条項1に記載の前記装置を使用する方法であって、
前記構造体の1つの面から、前記磁気ターゲットを位置決めすることと、
前記構造体の対向する1つの面から、前記磁気ターゲットの予期される位置の上に前記アレイを移動することと、
前記磁気ターゲットと基準位置との間にオフセットベクトルを決定するため、前記プロセッサを使用することと、
前記オフセットベクトルに従って前記基準位置を移動することと、
前記基準位置が移動された後に、前記構造体の上で前記製造処理を実行することと
を含む方法。
条項15. 非磁性構造体の上で製造処理を実行するための第1ロボット及び第2ロボットを備えるロボットシステムであって、
前記第1ロボットは、一様でターゲットの中心軸の周りに同心円状の磁界を生成するための磁気ターゲット、並びに、前記構造体の第1の面に前記磁気ターゲットを位置決めするための第1エンドエフェクタ及び位置決めシステムを含み、
前記第2ロボットは、前記磁界を検知するための3軸デジタル磁気コンパスのセンシングアレイ、製造ツール、並びに、前記磁気ターゲットを配置するため、前記構造体の第2の対向面の表面に沿って前記センシングアレイをスキャンするための第2エンドエフェクタ及び位置決めシステムを含み、
前記第2ロボットは更に、前記コンパスから前記磁気ターゲットまでのベクトルの交点を検出するためのプロセッサ、各ベクトルが前記コンパスの1つから前記ターゲットまでの検知された磁界の方向を示すグローバルX−Y平面内にある前記ベクトルを含み、前記第2ロボットは前記磁気ターゲットに対して前記製造ツールを位置決めするため前記交点を使用する、ロボットシステム。
条項16. 前記第1ロボットは前記構造体の第1の面から前記ターゲットを配置するように使用され、前記第2ロボットは前記構造体の第2の面から前記アレイを移動するように使用され、前記プロセッサは前記磁気ターゲットの上に前記ツールを移動するためのオフセットベクトルを計算する、条項15に記載のシステムを使用することを含む方法。
条項17. 前記磁気ターゲットの極性を決定すること、及び前記製造処理を実行するため前記極性を使用することを更に含む、条項16に記載の方法。
条項18. 円筒形の強磁性コア、前記コアを取り囲むトロイダル磁石、及び前記コアの周囲で前記トロイダル磁石に隣接する集束円錐を備える、磁気ターゲット。
条項19. 非磁性構造体の背後に隠れた特徴部位を位置決めする方法であって、
前記特徴部位に磁気ターゲットを配置することと、
3軸デジタル磁気コンパスのアレイを使用して前記構造体をスキャンすることと、
各コンパスから前記磁気ターゲットまでの方向ベクトルであって、各々が前記磁気ターゲットの中心線に垂直なX−Y平面内にある方向ベクトルを計算することと、
前記方向ベクトルの交点を検出することと、
前記交点を使用して前記ターゲットから基準点までオフセットベクトルを計算すること、及び前記オフセットベクトルを使用して前記基準点を移動することと
を含む方法。
条項20. 前記構造体は航空機外板を含み、前記隠れた特徴部位は前記航空機外板背後のスティフナー内のパイロットホールを含み、前記磁気ターゲットは前記パイロットホール内に配置され、前記アレイは前記航空機外板の前記前面の上でスキャンされる、条項19に記載の方法。
なお、深さに関する情報はまた、穿孔サイクルの決定に使用されうる。所望の深さまで穿孔することは、当該の深さを超えて穿孔することよりもサイクル時間を短縮しうる。

Claims (15)

  1. 一様でターゲット(120)の中心軸の周りに同心円状の磁界を生成するための磁気ターゲット(120)と、
    前記磁界を検知するための3軸デジタル磁気コンパスのアレイ(130)と、
    前記コンパス(210)から前記ターゲット(120)までのベクトルの交点を検出するプロセッサ(140)であって、前記ベクトルは前記中心軸に垂直なグローバルX−Y平面内にあり、各ベクトルが前記コンパスの1つから前記磁気ターゲット(120)までの検知された磁界の方向を示すプロセッサ(140)と
    を備える装置(110)。
  2. 前記交点は、前記ベクトルの大きさではなく、前記ベクトルの方向から導き出される、請求項1に記載の装置(110)。
  3. 前記プロセッサ(140)は、前記グローバルX−Y平面内の前記磁気コンパス(210)に対する前記磁気ターゲット(120)の位置を導き出すために前記交点を使用し、前記プロセッサ(140)は前記ターゲット(120)から基準点までのオフセットベクトルを決定し、各デジタル磁気コンパス(210)はローカルa軸及びb軸に沿った前記磁界の成分を検知するための磁気センサーを含み、前記成分はローカルa軸及びb軸から前記グローバルX−Y平面に変換される、請求項1に記載の装置(110)。
  4. 前記プロセッサ(140)は、
    各コンパス(210)に対する方向ベクトルを決定し、
    前記方向ベクトルから前記交点を決定し、
    前記交点から前記ターゲット(120)の面内距離を計算し、
    前記プロセッサ(140)は、前記面内距離の統計的尺度として前記磁気ターゲット(120)の前記位置を計算し、また、前記プロセッサ(140)は前記面内距離の統計的な信頼の尺度を計算する、請求項3に記載の装置(110)。
  5. 前記プロセッサ(140)は、前記面内距離及び磁気強度の少なくとも1つのz成分を使用して、前記磁気ターゲット(120)の深さを計算する、請求項4に記載の装置(110)。
  6. 前記アレイ(130)は更に、追加のデジタル磁気コンパス(210)を含み、前記プロセッサ(140)は、地球の磁界及び鉄の影響を補正するため、前記追加のコンパスからの測定値を使用する、請求項1に記載の装置(110)。
  7. 前記磁気ターゲット(120)は、円筒形の強磁性コア(610)及び前記コア(610)を取り囲むトロイダル磁石(620)を含み、前記磁気ターゲット(120)は更に、前記コア(610)の周囲で前記トロイダル磁石(620)に隣接する集束円錐(630)を含む、請求項1に記載の装置(110)。
  8. 磁気ターゲット(120)は更に、ハウジング(640)及び前記トロイダル磁石(620)を外向きに付勢するための前記ハウジング(640)内のバネ(660)を含む、請求項7に記載の装置(110)。
  9. 非磁性構造体の上で製造処理を実行するための、請求項1に記載の前記装置(110)を使用する方法であって、
    前記構造体の1つの面から、前記磁気ターゲット(120)を位置決めすることと、
    前記構造体の対向する1つの面から、前記磁気ターゲット(120)の予期される位置の上に前記アレイを移動することと、
    前記磁気ターゲット(120)と基準位置との間にオフセットベクトルを決定するため、前記プロセッサ(140)を使用することと、
    前記オフセットベクトルに従って前記基準位置を移動することと、
    前記基準位置が移動された後に、前記構造体の上で前記製造処理を実行することと
    を含む方法。
  10. 非磁性構造体の上で製造処理を実行するための第1ロボット(720)及び第2ロボット(730)を備えるロボットシステム(710)であって、
    前記第1ロボット(720)は、一様で前記ターゲットの中心軸の周りに同心円状の磁界を生成するための磁気ターゲット(120)、並びに、前記構造体の第1の面に前記磁気ターゲット(120)を位置決めするための第1エンドエフェクタ(722)及び位置決めシステム(724)を含み、
    前記第2ロボット(730)は、前記磁界を検知するための3軸デジタル磁気コンパス(210)のセンシングアレイ(130)、製造ツール(734)、並びに、前記磁気ターゲット(120)を配置するため、前記構造体の第2の対向面の表面に沿って前記センシングアレイをスキャンするための第2エンドエフェクタ及び位置決めシステムを含み、
    前記第2ロボット(730)は更に、前記コンパスから前記磁気ターゲット(120)までのベクトルの交点を検出するためのプロセッサ(140)、各ベクトルが前記コンパスの1つから前記ターゲットまでの検知された磁界の方向を示すグローバルX−Y平面内にある前記ベクトルを含み、前記第2ロボット(730)は前記磁気ターゲット(120)に対して前記製造ツール(734)を位置決めするため前記交点を使用する、ロボットシステム(710)。
  11. 前記第1ロボット(720)は前記構造体の前記第1の面から前記ターゲット(120)を配置するように使用され、前記第2ロボット(730)は前記構造体の第2の面から前記アレイ(130)を移動するように使用され、前記プロセッサ(140)は前記磁気ターゲット(120)の上に前記ツールを移動するためのオフセットベクトルを計算する、請求項10に記載のシステムを使用することを含む方法。
  12. 前記磁気ターゲット(120)の極性を決定すること、及び前記製造処理を実行するため前記極性を使用することを更に含む、請求項11に記載の方法。
  13. 円筒形の強磁性コア(610)、前記コア(610)を取り囲むトロイダル磁石(620)、及び前記コア(610)の周囲で前記トロイダル磁石(620)に隣接する集束円錐(630)を含む、磁気ターゲット(120)。
  14. 非磁性構造体の背後に隠れた特徴部位を位置決めする方法であって、
    前記特徴部位に磁気ターゲット(120)を配置することと、
    3軸デジタル磁気コンパスのアレイを使用して前記構造体の前面をスキャンすることと、
    各コンパスから前記磁気ターゲットまでの方向ベクトルであって、各々が前記磁気ターゲットの中心線に垂直なX−Y平面内にある方向ベクトルを計算すること(ブロック310)と、
    前記方向ベクトルの交点を検出すること(ブロック320)と、
    前記交点を使用して前記ターゲットから基準点までオフセットベクトルを計算すること、及び前記オフセットベクトルを使用して前記基準点を移動すること(ブロック330及びブロック340)と
    を含む方法。
  15. 前記構造体は航空機外板を含み、前記隠れた特徴部位は前記航空機外板背後のスティフナー内のパイロットホールを含み、前記磁気ターゲット(120)は前記パイロットホール内に配置され、前記アレイ(130)は前記航空機外板の前記前面の上でスキャンされる、請求項14に記載の方法。
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