JP6144282B2 - 目標物上の不具合を追尾し、検出するための自動システム及び方法 - Google Patents

Description

本開示は概して検出システムに関し、より具体的には、たとえ目標物が動いている時にも、目標物上の不具合の場所を特定し、検出するためのシステム及び方法に関する。

異物残渣のような不具合は、複合構造（例えば航空機の外板）の修理又は製造の中で、費用のかさむ困難な問題を発現させる可能性がある。不具合の検出及び除去の失敗は、結果として、複合構造の構造完全性を低減させることになりうる。更に、複合構造製造プロセスにおいて不具合の検出が手遅れになれば、結果としてもたらされる複合構造は、処分や修理の対象になり、又場合によっては、技術解析及び認定を行ってから承認されることになる。各選択肢は、費用がかさむものになりうる。

更に、不具合の一部は、サイズが極めて小さいか、又は、接着線の近辺にあるため、結果として検出が失敗する可能性がある。これらの不具合の適時検出を失敗することにより、結果として、修理の費用がかさむ重大な損害が、構造物にもたらされる。そのため、不具合を、それらが複合構造に付随するようになるや否や検出し、除去することが必要とされている。

現行の不具合検出方法は、しばしば誤りが起こる、人力又は視覚に基づく検出システムを含む。コンピュータ化された検出システムは、聴覚的システム、レーザーに基づくシステム、磁気システム、ＲＦＩＤシステム、ＧＰＳシステム、及びモーションキャプチャに基づくシステムを介して不具合を検出するために、既に用いられている。しかし、かかるシステムは一般的に、静止した目標物上でのみ機能し、製造工程中に回転している航空機の胴体部のような、動いている物体上の不具合を上手く指摘することはできない。

したがって、たとえ目標物が動いている時にも、目標物を追尾し、目標物上の不具合の位置を判断し、かつ、後にそれらの不具合を正確に表示することができる、局所的位置決めに基づくシステムが必要とされている。

一実施形態では、開示されている検出システムは、目標物座標系を有する目標物、目標物の位置及び／又は方向を監視し、かつ、目標物の位置及び／又は方向を示す目標物位置信号を生成するよう構成された追尾ユニット、目標物の画像を捕捉するよう配置されたカメラ、目標物に対するカメラの方向を制御するためにカメラに接続された方向付け機構、及び、画像内の不具合を検出するために画像を解析するよう構成されたプロセッサであって、画像内に不具合が存在する時には、少なくとも目標物位置信号、カメラの方向、及び画像内の不具合の場所に基づいて、目標物座標系に対する不具合の場所を判断するプロセッサを含む。前記追尾ユニットは更にエンコーダを備える、検出システム。前記方向付け機構は前記プロセッサによって制御可能である、検出システム。前記方向付け機構は更にパンチルト機構を備える、検出システム。検出システムは更に、前記目標物と連結したモーションアクチュエータを備え、前記モーションアクチュエータは、前記目標物の前記位置と前記方向のうち少なくとも１つを制御するよう、前記プロセッサによって制御可能であり、前記モーションアクチュエータは電気モータを備える。

別の実施形態では、開示されている検出システムは、目標物座標系を有する目標物、目標物の位置及び／又は方向を制御するために目標物と連結したモーションアクチュエータ、目標物の位置及び／又は方向を監視し、かつ、目標物の位置及び／又は方向を示す目標物位置信号を生成するよう構成された追尾ユニット、目標物に対して配置された局所的位置決めシステム（ＬＰＳ）器具を含み、ＬＰＳ器具は、目標物の画像を捕捉するよう構成されたカメラと、レーザー照射機器であって、目標物、及び、カメラの方向並びにレーザー照射機器の方向を制御するためにカメラとレーザー照射機器に接続された方向付け機構の上に、レーザービームを投射するよう構成されたレーザー照射機器、及び、画像内の不具合を検出するために画像を解析するよう構成されたプロセッサであって、画像内に不具合が存在する時には、少なくとも目標物位置信号及びカメラの方向に基づいて、目標物座標系に対する不具合の場所を判断するプロセッサを含み、プロセッサは更に、目標物座標系に対する不具合の場所に基づいてレーザー照射機器の方向を制御することによって、レーザービームを不具合の上に投射するよう構成される。

また別の実施形態では、目標物座標系を有する目標物上の不具合を検出する方法が開示されている。方法は、（１）カメラ、レーザー照射機器、及び、目標物に対してカメラとレーザー照射機器を方向付けるための方向付け機構を含む、局所的位置決めシステム器具を提供するステップと、（２）目標物を選択的に動かすよう構成されたモーションアクチュエータを提供するステップと、（３）目標物の位置と方向のうち少なくとも１つを監視するよう構成された追尾ユニットを提供するステップと、（４）目標物に対する局所的位置決めシステム器具の最初の位置を決定するステップと、（５）目標物を第１目標物位置又は第１目標物方向へ動かすステップと、（６）目標物に対して第１カメラ方向へ、カメラを方向付けるステップと、（７）目標物が第１目標物位置にあり、カメラが第１カメラ方向である時に、目標物の表面上のある区域の画像を捕捉するステップと、（８）捕捉された画像を対応する参照画像と比較して、捕捉された画像内に不具合が存在するか否か判断するステップと、（９）画像内に不具合が存在する時に、目標物座標系における不具合の座標を決定するステップ、及び、（１０）不具合の箇所を指し示すようレーザーを動かすステップを含む。

開示されている自動検出システム及び方法の他の態様は、後述の詳細な説明、添付図面及び請求の範囲から明らかになるであろう。

開示されている検出システムの一実施形態の概略斜視図である。 開示されている検出システムの別の実施形態の概略斜視図である 開示されている検出システムの一実施形態のフロー図である

図１を参照するに、開示されている局所的位置決めに基づく自動検出システムの一実施形態は、概して１０で示され、プロセッサ２０、メモリ５４、追尾ユニット３７、制御可能なモーションアクチュエータ３９、カメラ１２、及びレーザー照射機器１４を含む。開示されている局所的位置決めに基づく自動検出システム１０は更に、カメラ１２、及び、目標物１８に対してカメラ１２とレーザー照射機器１４を方向付けるための方向付け機構１６を支持する支持体２８を含む。

それゆえ、カメラ１２、レーザー照射機器１４、方向付け機構１６、及び支持体２８は、開示されている局所的位置決めに基づく自動検出システム１０の局所的位置決めシステム器具１７を構成する。局所的位置決めシステム器具１７は、座標系４４を有することもある。

レーザー照射機器１４は、レーザービームを照射し、局所的位置決めシステム器具１７と目標物１８の間の距離を判断するための、レーザー範囲メータとして機能することが可能である。代替的には、別個のレーザー範囲メータが、局所的位置決めシステム器具１７の一部として含まれうる。当業者であれば、局所的位置決めシステム１７と目標物１８の間の距離を判断することが可能なレーザー範囲メータの使用が、以下に記述される校正プロセスにおいて役立つことを理解されたい。

開示されている局所的位置決めに基づく自動検出システム１０は、（１）目標物１８の位置及び／又は方向を追尾し、（２）目標物１８の表面１９上の不具合２６を検出し、（３）目標物１８の座標系４６に対する不具合２６の場所を判断し、かつ、（４）目標物１８上の不具合２６の視覚的表示（例えばレーザーポイント）を提供するために、用いられる。

本書において「不具合」とは、目標物１８の意図された構成要素又は特徴ではない、任意の種類の不調和、差異、或いは不整を意味する。「不具合」の例としては、異物残渣（例えばちり、作業屑）、損傷領域（例えば傷、へこみ）、部品の誤設置又は形成不良（例えばプライの誤設置）、部品の欠落（例えばプライの欠落）などを含むが、それらだけに限定されない。

それゆえ、不具合２６は、目標物１８上の一又は複数の注視点３０によって画定され、かつ、不具合境界２９を画定する。

プロセッサ２０は、カメラ１２からデータを受信し、かつ、受信したデータに基づいて、目標物１８上の不具合２６の場所を特定するよう構成される。プロセッサ２０は、少なくとも目標物１８に対するカメラ１２の位置、目標物１８の位置／方向、及びカメラ１２の方向に基づいて、目標物１８の座標系４６に対する不具合２６の場所を判断するようにも構成される。プロセッサ２０は、レーザー照射機器１４が目標物１８上の不具合２６の場所の視覚的表示を提供するよう、レーザー照射機器１４を制御するためのコマンド信号を生成する。

プロセッサ２０は、プロセッサ−レーザー経路３８を経由してレーザー照射機器１４と通信する。プロセッサ２０とレーザー照射機器１４の間の通信は、単方向通信（例えば、プロセッサ２０からレーザー照射機器１４へ）、又は、双方向通信（例えば、プロセッサ２０からレーザー照射機器１４へ及びレーザー照射機器１４からプロセッサ２０へ）である。

プロセッサ２０は、プロセッサ−カメラ経路４０を経由してカメラ１２と通信する。プロセッサ２０とカメラ１２の間の通信は、単方向通信（例えば、カメラ１２からプロセッサ２０へ）、又は、双方向通信（例えば、プロセッサ２０からカメラ１２へ及びカメラ１２からプロセッサ２０へ）である。

プロセッサ２０は、プロセッサ−機構経路４２を経由して方向付け機構１６と通信する。プロセッサ２０と方向付け機構１６の間の通信は、単方向通信（例えば、プロセッサ２０から方向付け機構１６へ）、又は、双方向通信（例えば、プロセッサ２０から方向付け機構１６へ及び方向付け機構１６からプロセッサ２０へ）である。

プロセッサ２０は、プロセッサ−追尾装置経路３６を経由して追尾ユニット３７と通信する。プロセッサ２０と追尾ユニット３７の間の通信は、単方向通信（例えば、追尾ユニット３７からプロセッサ２０へ）である。

プロセッサ２０は、目標物１８を移動させ、又は回転させるために、プロセッサ−アクチュエータ経路４３を経由して制御可能なモーションアクチュエータ３９と通信する。プロセッサ２０とモーションアクチュエータ３９の間の通信は、単方向通信（例えば、プロセッサ２０からモーションアクチュエータ３９へ）、又は、双方向通信（例えば、プロセッサ２０からモーションアクチュエータ３９へ及びモーションアクチュエータ３９からプロセッサ２０へ）である。

プロセッサ−レーザー経路３８、プロセッサ−カメラ経路４０、プロセッサ−機構経路４２、プロセッサ−追尾装置経路３６、及び、プロセッサ−アクチュエータ経路４３は、データ送信の任意のモードを含むこともある。一実施例としては、経路３６、３８、４０、４２、４３は電気ケーブル、光ケーブルなどのような有線経路である。別の実施例としては、経路３６、３８、４０、４２、４３はブルートゥース、近距離無線通信、赤外線通信などのような無線経路である。

プロセッサ２０は、プログラム指令、コード、バイナリプログラミングなどの実行が可能な、任意の種類のコンピュータ装置又は処理デバイスでありうる。プロセッサ２０は更に、コントローラ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、又は状態機械であり、かつ、信号プロセッサ、デジタルプロセッサ、組込みプロセッサ、マイクロプロセッサ、或いは、保存したプログラムコード又はプログラム指令の実行を直接的に或いは間接的に促進するコプロセッサ（例えば数学コプロセッサ、グラフィカル処理装置（ＧＰＵ）、通信コプロセッサ）などのような任意の変種でるか、或いはそれらを含む。プロセッサ２０は更に、複数の処理コアを包含し、或いは、分散処理システムを形成するよう構成された処理装置の集合体である。加えて、プロセッサ２０は、複数のプログラム、スレッド及びコードの実行を可能にする。

プロセッサ２０は更に、パーソナルコンピュータ、タブレットコンピュータ、スマートフォンなどを含むがそれらだけに限定されない、電子機器の内部に内包される。プロセッサ２０は代替的に、カメラ１２及びレーザー照射機器１４を含む、本開示に記載されている他の構成要素のうち１つの内部に内包されることもある。

プロセッサ２０は、画像処理機能を含む。画像処理機能は、画像処理のソフトウェア又はハードウェアであり、かつ、カメラ１２から画像（又は一連の画像）を受信し、かつ、不具合２６を検出して場所を特定するために画像を解析するよう構成される。画像処理中に、カメラ１２から受信された画像は、単一の画像、一連の画像、又は画像のモザイクである参照画像と比較される。比較のプロセスによって、プロセッサ２０は、カメラの視野２４の内部の、目標物１８上の不具合２６の検出が可能になる。

参照画像は、一般的には目標物１８を具現する既知の三次元モデルのデータベースからメモリ５４に保存されている画像であり、カメラ１２によって事前に取得され、メモリ５４に保存された画像であり、或いは、他の手段によって取得され、メモリ５４に保存された画像である。

プロセッサ２０は、参照画像、座標、方法、コード、指令及びプログラムなどのデータを保存するメモリ５４を含む。プロセッサ２０は、インターフェースを介してメモリ５４にアクセスする。メモリ５４は、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ブルーレイ、メモリ、ハードディスク、フラッシュドライブ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、キャッシュ、及びそれらの任意の組み合わせのうち一又は複数を含むがそれらだけに限定されない、任意の電子記憶装置でありうる。

追尾ユニット３７は、目標物１８の位置及び／又は方向を感知すること、又さもなければ監視することが可能な、任意の装置又はシステムでありうる。例えば、追尾ユニット３７は、回転エンコーダなどの位置エンコーダであり、支持構造物３５に対する目標物１８の回転に関する位置／方向を追尾する。追尾ユニット３７によって収集されたデータは、プロセッサ−追尾装置経路３６を経由して、プロセッサ２０に伝達される。

例えば、目標物１８は静止しておらず、むしろ、矢印２２で示されるように目標物１８が軸Ａの周囲を回転するよう、支持構造物３５に接続されたシャフト３３に取り付けられている可能性もある。追尾ユニット３７は、目標物１８の回転に関する位置及び／又は方向を追尾し、プロセッサ−追尾装置経路３６を経由して、プロセッサ２０に位置データ／方向データを伝達する。

この時点で、当業者であれば、目標物１８に追加の層（例えばプライ）が適用される時など、加工中に、目標物１８が増大する可能性があることを理解されたい。目標物１８のかかる増大は、目標物１８と局所的位置決めシステム器具１７の間の距離を減少させる。しかし、レーザー照射機器１４のレーザー範囲メータ機能は、かかる増大を検出し、システムを適宜再校正する。

制御可能なモーションアクチュエータ３９は、目標物１８の移動又は回転といった動きをもたらすことが可能な、任意の装置又はシステムでありうる。適当な制御可能なモーションアクチュエータ３９の実施例は、モータ（例えば電気モータ）、油圧ポンプ、空気圧シリンダ、リニアアクチュエータなどを含むが、それらだけに限定されない。

一構成例では、制御可能なモーションアクチュエータ３９は、目標物１８が軸Ａの周囲を選択的に回転するよう、シャフト３３と連結する。制御可能なモーションアクチュエータ３９は、例えばベルト、滑車、又はねじによって、シャフト３３と連結する。別の構成例では、制御可能なモーションアクチュエータ３９は、目標物１８が軸Ａの周囲を選択的に回転するよう、目標物１８に直接接続される。

それゆえ、プロセッサ２０が目標物１８の三次元モデルを与えられる時のような、目標物１８の形状が既知となる時に、局所的位置決めシステム器具１７の最初の位置及び方向が決定される。その後、局所的位置決めシステム器具１７の最初の位置及び方向が既知となることで、追尾ユニット３７から受信された位置データ／方向データ、並びに、方向付け機構１６から受信された位置データ／方向データによって、プロセッサ２０は、目標物１８の座標系４６に対する不具合２６の場所を判断することが可能になる。

追尾ユニット３７から受信された位置データ／方向データに基づき、プロセッサ２０は、目標物１８の位置変更が必要か否かを判断する。位置変更が必要な場合は、プロセッサ２０は、経路４３を経由して、制御可能なモーションアクチュエータ３９に制御信号を送信する。制御可能なモーションアクチュエータ３９は、プロセッサ２０から信号を受信し、それらの信号に基づいて、支持構造物３５に対して目標物１８を位置変更（例えば回転）する。

カメラ１２は、視野２４（すなわち、カメラ１２によって受けとられた画像の、水平方向及び垂直方向の視覚的広がり）を有し、かつ、視野２４の内部の目標物１８の画像を収集することが可能な、任意の機器でありうる。例えば、カメラ１２は、デジタル一眼レフ（ＳＬＲ）カメラ、ストップモーションカメラ、動いているビデオ画像を撮影するビデオカメラ、三次元（３Ｄ）カメラ、デジタルカメラ、フィルム式カメラ、ウェブカメラ、ステレオカメラなどであるか、又は、それらの任意の組み合わせでありうる。

カメラ１２はレンズ１３を含み、かつ、通常、目標物１８の表面１９を視認することに特に適応した、システムの一部である。カメラ１２は更に、任意の種類の記録機構、並びに、捕捉された画像を保存するための、メモリなどのような記憶媒体を包含する。カメラ１２は、視野２４、及び、ズーム機能によって制御される視野角度のような範囲を制御する手段も包含する。

任意には、カメラ１２の視野２４は、プロセッサ２０と連結した任意の適当な視認機器２１（例えばモニタ、プロジェクタなど）で視認される。

カメラ１２は、支持体２８で支持される。局所的位置決めシステム器具１７は、カメラ１２が目標物１８上の注視範囲を視認する（又は視認するために方向付けられる）よう、目標物１８から距離を置いて配置される。例えば、局所的位置決めシステム器具１７は、目標物１８から約４０フィート離れて配置される。この時点で、当業者であれば、局所的位置決めシステム器具１７の目標物１８からの実際の距離は、校正中に正確に決定されることを理解されたい。

方向付け機構１６は、目標物１８に関するカメラ１２の方向を調整し、それによって、目標物１８に対する視野２４を動かす。方向付け機構１６は、手動で調整されるか、又は、全自動（例えばいくつかのサーボ、或いは他の類似の機器によって駆動する）である。

一実行形態では、方向付け機構１６は、１つの軸に沿ったカメラ１２の動きを促進する。例えば、方向付け機構１６は、単一軌道システム、スライダービデオシステムなどであり、かつ、カメラ１２が目標物１８の回転軸Ａに平行な（ただしそれと間隔をあけた）軸に沿って往復運動をすることを可能にする。

別の実行形態では、方向付け機構１６はパンチルト機構である。パンチルト機構は、カメラ１２を、垂直なアジマス（パン）軸５０と水平な仰角（チルト）軸５２を中心とする選択された角度に位置的に調節することが可能である。ロール軸のような、他の軸に沿った運動を促進する方向付け機構も想定される。

局所的位置決めシステム器具１７に関連付けられた、座標系４４に対するカメラ１２の方向を描く方向ベクトルは、アジマス角度と仰角角度、並びに、目標物１８の表面１９上の不具合２６の場所のような、注視点３０を狙う時に、カメラ１２の視野２４内に存在する十字線マーカ（図示せず）の中心から、決定される。十字線マーカの場所は、任意の場所であり、カメラ１２の視野２４の中心である必要はない。この方向ベクトルは、カメラ１２のレンズ１３から延伸し、目標物１８の表面１９上の場所３０で交差する、ライン３２として考えることができる。

カメラ１２の動作、及び、方向付け機構１６によるカメラ１２の動き（例えば、目標物１８にわたり視野２４を走査すること）は、プロセッサ２０から受信された一連のコマンドによって制御される。代替的には、プロセッサ２０は、キーボード、マウス、操作レバー、他の類似の周辺装置、又はそれらの任意の組み合わせなどの手動制御入力機器２３を用いて、カメラ１２又は方向付け機構１６を制御する。

それゆえ、局所的位置決めシステム器具１７の方向付け機構１６は、カメラ１２の視野２４を目標物１８上の様々な場所に配置するよう、プロセッサ２０によって制御される。例えば、図１に示すように、方向付け機構１６は、目標物が矢印２２で示される向きに漸次回転するのに伴い、目標物１８に沿って水平に視野２６をパンする。よって、目標物１８の表面１９全体が、カメラ１２によって映し出される。

メモリ５４は、三次元（３Ｄ）定位ソフトウェアプログラムを包含する。３Ｄ定位ソフトウェアは、目標物１８の表面１９上に離れて存在する一又は複数の校正点２７を使用して、目標物１８に対する局所的位置決めシステム器具１７の、最初の位置及び方向を決定する。校正について最大限の正確さを取得するために、校正点２７は、目標物１８の表面１９の範囲にわたって散らばる。代替的には、校正点２７は、目標物１８とは別の、目標物１８を支持する支持構造物３５の上のような場所に置かれる。

３Ｄ定位ソフトウェアは、校正点２７を、方向付け機構１６との通信を経由して取得された方向データ（例えば、パンデータとチルトデータ）、及び、レーザー照射機器１４との通信を経由して取得された距離データ（例えば、局所的位置決めシステム器具１７から校正点２７までの距離）と組み合わせて利用し、目標物１８に関する、局所的位置決めシステム器具１７の相対位置並びに相対方向を画定する。校正点２７は、３Ｄ ＣＡＤモデル又は他の測定技術から決定されるような、目標物１８の局所座標系４６における既知の位置の可視形体であることもある。校正点２７は、目標物１８に対するカメラの位置及び方向を求めるために、方向付け機構１６からの方向データ（例えば、アジマス角度と仰角角度）、及び、レーザー照射機器１４（レーザー範囲メータ）からの距離データと共に使用される。

目標物１８に関するカメラ１２の位置及び方向が決定すると、プロセッサ２０は、カメラ１２に、目標物１８の画像の収集を開始するよう指示する。捕捉された各画像について、カメラ１２の方向（アジマス軸５０及び仰角軸５２に沿ったカメラ１２の角度を含む）は、メモリ５４に記録される。方向付け機構１６からのアジマス角度及び仰角角度、並びに、校正プロセスにおいて決定されるカメラ１２の相対位置及び相対方向を使用することで、目標物１８の座標系４６に対して、各画像の場所を判断できる。

カメラ１２によって捕捉された各画像について、プロセッサ２０は、メモリ５４から参照画像を取り出し、画像処理機能を利用して、参照画像を捕捉された画像と比較する。プロセッサ２０が、捕捉された画像と参照画像の間に相当の相違があると判断する場合、プロセッサ２０は、捕捉された画像の内部に不具合２６が存在すると結論付ける。プロセッサ２０はその後、目標物１８の座標系４６に対する不具合２６の場所を、メモリ５４に保存する。

この時点で、当業者であれば、プロセッサ２０が、捕捉された画像の内部の参照点（例えば中心点）に関して、カメラ１２によって捕捉された各画像の（目標物１８の座標系４６に対する）場所を判断することを理解されたい。捕捉された画像の内部に不具合２６が見つかる時には、プロセッサ２０は、参照点の既知の場所に対する不具合２６の場所を判断することによって、不具合２６の（目標物１８の座標系４６に対する）場所を判断する。

（１）目標物の位置／方向を追尾し、（２）目標物１８の画像を収集し、（３）捕捉された画像を解析して目標物１８上の不具合２６を検出し、（４）目標物１８の座標系４６に対する不具合２６の場所を判断する、というプロセスが、目標物１８全体が映し出され、すべての不具合が検出されるまで繰り返される。

レーザー照射機器１４は、カメラのレンズ１３と同じ向きを指し、かつ、カメラ１２の方向ベクトル３２と同様な方向ベクトル３４を有するよう、カメラ１２上に据え付けられる。プロセッサ２０は、カメラ１２及びレーザー照射機器１４の相対的な場所を計測することによって、ベクトル３４、３２の相違を計算する。

代替的には、レーザー照射機器１４は、カメラの方向ベクトル３２と実質的に等しい方向ベクトル３４を有するよう、カメラ１２上に据え付けられる。この場合、カメラとレーザー照射機器１４は、同一の光路を有し、ベクトル３２、３４の相違の計算は必要なくなる。

既知の不具合２６としてメモリ５４に保存された注視点３０の場所を特定することが必要な時には、プロセッサ２０は、メモリ５４から座標を取り出す。目標物１８に関してカメラ１２を方向付け、注視点３０の場所を特定する、上述のプロセスと同様に、プロセッサ２０は、方向付け機構１６に、レーザー照射機器１４を回転させ、又は注視点３０の保存された場所（すなわち不具合２６）を狙わせるよう指示する。この位置で、レーザー照射機器１４の方向（アジマス軸５０及び仰角軸５２に沿ったレーザー照射機器１４の角度を含む）は、メモリ５４に保存された座標へ動くよう、調整される。方向付け機構１６からのアジマス角度及び仰角角度、並びに、校正プロセスにおいて決定されたレーザー照射機器１４の相対位置を及び相対方向を使用することで、レーザー照射機器１４は、目標物１８の表面１９上の注視点３０を直接狙うよう配置される。

目標物１８が軸Ａの周囲を回転している時、プロセッサ２０は、注視点３０の座標を更に計算するために、追尾ユニット３７から位置データ／方向データを取得することもある。

レーザー照射機器１４は、注視点を適切に捉えると、レーザービームを照射するようプロセッサ２０によって指示される。レーザービームは、光学機器の補助を受けて、或いは受けずに、人間の目に可視な方法で、注視点３０をマーキングする、又さもなければ「指摘する」のに適当な、任意の種類のレーザーでありうる。

代替的な一実行形態では、検出システムは、ウェブで使用可能なアプリケーションのような、有線か無線のいずれかでインターネットに接続されたアプリケーションに組み込まれる。この種のアプリケーションでは、リモートユーザ、又は他の自動ソフトウェアエージェントが、カメラ１２、レーザー照射機器１４或いは方向付け機構１６を作動させ、その後、システムの視覚範囲の内部の対象物についての処理済みの定位データを受信する。リモートユーザはその後、レーザー照射機器１４に、カメラ１２によって発見された不具合２６を表示するよう指示することもある。

図２を参照するに、開示されている局所的位置決めに基づく自動検出システムの第２の実施形態は、概して２００で示され、第１局所的位置決めシステム器具２０２、第２局所的位置決めシステム器具２０４、プロセッサ２０６、追尾ユニット２０８、及び制御可能なモーションアクチュエータ２１０を含む。よって、検出システム２００では、第１局所的位置決めシステム器具２０２は、第２局所的位置決めシステム器具２０４と関わりなく作動するが、器具２０２、２０４はどちらも、同一の目標物２４２に合わせて校正される。

第１局所的位置決めシステム器具２０２は、座標系２１２を有し、カメラ及びレーザー照射機器（まとめて２１４として示す）、方向付け機構２１６、並びに支持構造物２１８を含む。カメラ及びレーザー照射機器２１４は、経路２２０を経由してプロセッサ２０６と連通し、方向付け機構２１６は、経路２２２を経由してプロセッサ２０６と連通する。

第２局所的位置決めシステム器具２０４は、座標系２２４を有し、カメラ及びレーザー照射機器（まとめて２２６として示す）、方向付け機構２２８、並びに支持構造物２３０を含む。カメラ及びレーザー照射機器２２６は、経路２３２を経由してプロセッサ２０６と連通し、方向付け機構２２８は、経路２３４を経由してプロセッサ２０６と連通する。

プロセッサ２０６は、加えて、経路２３６を経由して追尾ユニット２０８と、経路２３８を経由して制御可能なモーションアクチュエータ２１０と連通する。プロセッサ２０６は、メモリ２４０へのアクセスも有する。

従って、目標物２４２に対する第１局所的位置決めシステム器具２０２の位置及び方向は、プロセッサ２０６にとって既知でなくてはならず、計算され、メモリ２４０に保存される必要があり、かつ、目標物２４２に対する第２局所的位置決めシステム器具２０４の位置及び方向は、プロセッサ２０６にとって既知でなくてはならず、計算され、メモリ２４０に保存される必要がある。

２つの局所的位置決めシステム器具２０２、２０４が同一の目標物２４２に合わせて校正される時、器具２０２、２０４の各々によって指し示される位置は同一点であり、レーザービーム２４４、２４８は、目標物２４２の表面２４３上で交差する。２つの器具２０２、２０４の位置が異なる以外、他の全態様は上述のままである。

したがって、かかるマルチシステム構造は、より大きな目標物の追加的な適用範囲を提供することができ、かつ、１つのシステムからのビームの通過が妨げられる状況において、冗長性を提供するために使用されることもできる。

図３を参照するに、概して１００で示される、目標物上の不具合を検出し、表示するための方法も開示されている。方法１００は、目標物上の不具合を検出するために、カメラとレーザー照射機器を有する局所的位置決めシステム器具、並びに、モーションアクチュエータ、追尾ユニット、及び画像処理機能を用いる。加えて、方法１００は、目標物の座標系に対する検出された不具合の場所を判断するために、三次元定位ソフトウェアを用いることもある。

方法１００は、ブロック１０５で、校正プロセスを実行するステップによって開始される。目標物に対する局所的位置決めシステム器具の位置及び方向は、目標物上の既知の場所への距離を測定するための、校正点の検出又はレーザーの使用といった、様々な校正技術を使用して決定される。他の校正技術も想定される。

ブロック１１０では、画像処理機能によってデータが取得される。データは、目標物についてのカメラ及びモーションアクチュエータデータのための走査パターンを含む。ブロック１１５に示すように、カメラは、カメラの視野が目標物の一部に向くよう方向付けられ、モーションアクチュエータは目標物を動かして最初の向きにする。

ブロック１２０では、目標物の一部の画像がカメラによって捕捉される。ブロック１２５では、捕捉された画像が参照画像であるか、又は比較画像であるかの判断がなされる。画像が参照画像である場合、その後、ブロック１６０に示すように、画像は今後の使用のためにメモリに保存される。

ブロック１２０から捕捉された画像が比較画像である場合、その後、参照画像がメモリから取り出され（ブロック１３０）、不具合を検出するために２つの画像は比較される（ブロック１３５）。不具合が検出される時には、ブロック１４０に示すように、比較画像内の不具合の画素配置に関して決定がなされる。

ブロック１４５では、目標物の座標系に対して不具合の場所が判断される。目標物の座標系に対する不具合の場所を判断するステップは、画素値を三次元座標に変換する三次元定位ソフトウェアを用いることがある。

ブロック１５０では、目標物の座標系に対する不具合の場所が、メモリに保存される。不具合の場所は、座標データとしてメモリに保存される。

それゆえ、所望であれば、レーザー照射機器は始動し、レーザービームを不具合に向けることができる。レーザー照射機器は、ブロック１５５に示すように、メモリに保存された座標データに基づいて、不具合にレーザービームを投射するよう、目標物に対して方向付けられる。

ブロック１６５に示すように更なる行為が必要な場合、ブロック１７０に示すように、カメラは目標物上の別の場所に向けられ、必要に応じて、モーションアクチュエータは、目標物を新たな位置へ動かすよう指示される。プロセスはその後、ブロック１２０に示すように新たな画像を取得することによって繰り返される。

したがって、開示されている検出システム及び方法は、目標物上の不具合を検出し、その後所望であれば、不具合に対処する（例えば、修理する又は除去する）ために措置が取られるよう、不具合を指摘する、簡易かつ正確な方法を提供するものである。

開示されている局所的位置決めに基づく自動検出システムの様々な態様が示され記述されたが、当業者は本書を読むことで、修正形を想起するかもしれない。本申請は、かかる修正形を含み、請求の範囲によってのみ限定されるものである。
また、本願は以下に記載する態様を含む。
（態様１）
検出システムであって、
目標物座標系を有する目標物と、
前記目標物の位置と方向のうち少なくとも１つを監視し、かつ、前記目標物の前記位置と前記方向のうち前記少なくとも１つを示す目標物位置信号を生成するよう構成された追尾ユニットと、
前記目標物の画像を捕捉するよう配置されたカメラと、
前記目標物に対する前記カメラの方向を制御するために前記カメラに接続された方向付け機構、及び、
前記画像内の不具合を検出するために前記画像を解析するよう構成されたプロセッサであって、前記画像内に前記不具合が存在する時には、少なくとも前記目標物位置信号及び前記カメラの前記方向に基づいて、前記目標物座標系に対する前記不具合の場所を判断するプロセッサを備える、検出システム。
（態様２）
前記目標物は支持構造物上に据え付けられ、前記支持構造物に対して回転軸の周囲を回転する、態様１に記載の検出システム。
（態様３）
メモリを更に備え、前記プロセッサは前記メモリ内に前記不具合の前記場所を座標データとして保存する、態様１に記載の検出システム。
（態様４）
前記プロセッサは、前記画像を参照画像と比較することで前記画像内の前記不具合を検出するよう、前記画像を解析し、前記参照画像は前記メモリ内に保存されている、態様３に記載の検出システム。
（態様５）
レーザービームを前記目標物の上に投射するよう配置されたレーザー照射機器を更に備える、態様１に記載の検出システム
（態様６）
前記方向付け機構が前記目標物に対する前記レーザー照射機器の方向を制御するよう、前記レーザー照射機器は前記方向付け機構に接続されている、態様５に記載の検出システム。
（態様７）
前記レーザー照射機器の前記方向は、前記プロセッサによって、前記レーザービームを前記不具合の上に投射するよう制御可能である、態様６に記載の検出システム。
（態様８）
前記レーザー照射機器はレーザー範囲メータとして構成されている、態様５に記載の検出システム。
（態様９）
前記目標物と連結したモーションアクチュエータを更に備え、前記モーションアクチュエータは、前記プロセッサによって、前記目標物の前記位置と前記方向のうち少なくとも１つを制御するよう制御可能である、態様１に記載の検出システム。
（態様１０）
目標物上の不具合を検出するための方法であって、前記目標物は目標物座標系を有し、
カメラ、レーザー照射機器、及び、前記目標物に対して前記カメラと前記レーザー照射機器を方向付けるための方向付け機構を備える、局所的位置決めシステム器具を提供するステップと、
前記目標物を選択的に動かすよう構成されたモーションアクチュエータを提供するステップと、
前記目標物の位置と方向のうち少なくとも１つを監視するよう構成された追尾ユニットを提供するステップと、
前記目標物に対する前記局所的位置決めシステム器具の最初の位置と最初の方向のうち少なくとも１つを決定するステップと、
前記目標物を第１目標物位置又は第１目標物方向へ動かすステップと、
前記カメラを、前記目標物に対して第１カメラ方向へ方向付けるステップと、
前記目標物が前記第１目標物位置、又は前記第１目標物方向にあり、前記カメラが前記第１カメラ方向である時に、前記目標物の画像を捕捉するステップと、
前記捕捉された画像を参照画像と比較して、前記捕捉された画像内に前記不具合が存在するか否か判断するステップ、及び、
前記捕捉された画像内に前記不具合が存在する時には、前記目標物座標系における前記不具合の座標を決定するステップを含む、方法。
（態様１１）
前記目標物の次なる画像を捕捉するステップを更に含み、前記次なる画像は、
前記目標物を次なる目標物位置又は次なる目標物方向へ動かすステップと、
前記カメラを、前記目標物に対して次なるカメラ方向へ方向付けるステップのうち、少なくとも１つの実行後に捕捉される、態様１０に記載の方法。
（態様１２）
前記座標を決定する前記ステップは、
前記不具合の画素配置を決定するステップと、
前記画素配置を前記座標に変換するステップを含む、態様１０に記載の方法。
（態様１３）
前記座標をメモリに保存するステップを更に含む、態様１０に記載の方法。
（態様１４）
前記不具合の上にレーザービームを投射するために、前記レーザー照射機器を前記目標物に対して方向付けるステップを更に含む、態様１０に記載の方法。
（態様１５）
前記不具合が前記画像内に存在する時には、アラームを発動するステップを更に含む、態様１０に記載の方法。

Claims (13)

1. 検出システムであって、
   目標物座標系を有する目標物と、
   前記目標物の位置と方向のうち少なくとも１つを監視し、かつ、前記目標物の前記位置と前記方向のうち前記少なくとも１つを示す目標物位置信号を生成するよう構成された追尾ユニットと、
   前記目標物の画像を捕捉するよう配置されたカメラと、
   前記目標物に対する前記カメラの方向を制御するために前記カメラに接続された方向付け機構、
   メモリ、及び、
   前記画像内の不具合を検出するために前記画像を解析するよう構成されたプロセッサであって、前記画像内に前記不具合が存在する時には、少なくとも前記目標物位置信号及び前記カメラの前記方向に基づいて、前記目標物座標系に対する前記不具合の場所を判断するプロセッサを備え、
   前記プロセッサは前記メモリ内に前記不具合の前記場所を座標データとして保存し、前記プロセッサは、前記画像を参照画像と比較することで前記画像内の前記不具合を検出するよう、前記画像を解析し、前記参照画像は前記メモリ内に保存されている、検出システム。
2. 前記目標物は支持構造物上に据え付けられ、前記支持構造物に対して回転軸の周囲を回転する、請求項１に記載の検出システム。
3. レーザービームを前記目標物の上に投射するよう配置されたレーザー照射機器を更に備える、請求項１に記載の検出システム
4. 前記方向付け機構が前記目標物に対する前記レーザー照射機器の方向を制御するよう、前記レーザー照射機器は前記方向付け機構に接続されている、請求項３に記載の検出システム。
5. 前記レーザー照射機器の前記方向は、前記プロセッサによって、前記レーザービームを前記不具合の上に投射するよう制御可能である、請求項４に記載の検出システム。
6. 前記レーザー照射機器はレーザー範囲メータとして構成されている、請求項３に記載の検出システム。
7. 前記目標物と連結したモーションアクチュエータを更に備え、前記モーションアクチュエータは、前記プロセッサによって、前記目標物の前記位置と前記方向のうち少なくとも１つを制御するよう制御可能である、請求項１に記載の検出システム。
8. 目標物上の不具合を検出するための方法であって、前記目標物は目標物座標系を有し、
   カメラ、レーザー照射機器、及び、前記目標物に対して前記カメラと前記レーザー照射機器を方向付けるための方向付け機構を備える、局所的位置決めシステム器具を提供するステップと、
   前記目標物を選択的に動かすよう構成されたモーションアクチュエータを提供するステップと、
   前記目標物の位置と方向のうち少なくとも１つを監視するよう構成された追尾ユニットを提供するステップと、
   前記目標物に対する前記局所的位置決めシステム器具の最初の位置と最初の方向のうち少なくとも１つを決定するステップと、
   前記目標物を第１目標物位置又は第１目標物方向へ動かすステップと、
   前記カメラを、前記目標物に対して第１カメラ方向へ方向付けるステップと、
   前記目標物が前記第１目標物位置、又は前記第１目標物方向にあり、前記カメラが前記第１カメラ方向である時に、前記目標物の画像を捕捉するステップと、
   前記捕捉された画像を参照画像と比較して、前記捕捉された画像内に前記不具合が存在するか否か判断するステップ、及び、
   前記捕捉された画像内に前記不具合が存在する時には、前記目標物座標系における前記不具合の座標を決定するステップを含む、方法。
9. 前記目標物の次なる画像を捕捉するステップを更に含み、前記次なる画像は、
   前記目標物を次なる目標物位置又は次なる目標物方向へ動かすステップと、
   前記カメラを、前記目標物に対して次なるカメラ方向へ方向付けるステップのうち、少なくとも１つの実行後に捕捉される、請求項８に記載の方法。
10. 前記座標を決定する前記ステップは、
    前記不具合の画素配置を決定するステップと、
    前記画素配置を前記座標に変換するステップを含む、請求項８に記載の方法。
11. 前記座標をメモリに保存するステップを更に含む、請求項８に記載の方法。
12. 前記不具合の上にレーザービームを投射するために、前記レーザー照射機器を前記目標物に対して方向付けるステップを更に含む、請求項８に記載の方法。
13. 前記不具合が前記画像内に存在する時には、アラームを発動するステップを更に含む、請求項８に記載の方法。

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