(57)【要約】  磁気スルースキン検知のための装置および方法を開示する。１つの実施形態では、検知システムは、磁石を含む第１部分と磁界センサを含む第２部分とを備える。磁石は、磁界を発している。磁界誘導部材が磁界の整形磁界部を提供し、整形磁界部は少なくとも部分的に加工物を通って延びている。磁界センサは整形磁界部の少なくとも一部を通って移動可能である。磁界センサは、製造作業のための所望の位置を示す整形磁界部の特徴を検知する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工物上の製造作業のための所望の位置を突き止めるようにされた検知システムであって、
磁界を発生させる磁石と、前記磁界の整形磁界部を提供するようにされた少なくとも１つの磁界誘導部材とを含む第１部分であって、前記整形磁界部は少なくとも一部が前記加工物を貫通して前記加工物の第２表面を越えて外側に延びる、第１部分と、
前記第２表面を越えて外側に延びる前記整形磁界部の少なくとも一部を通って移動可能な磁界センサを含む第２部分であって、前記磁界センサは前記製造作業のための前記所望の位置を示す前記整形磁界部の特徴を検知するようにされている、第２部分と、を含む検知システム。
【請求項２】
前記磁石は永久磁石を含む、請求項１に記載の検知システム。
【請求項３】
前記磁石は電磁石を含む、請求項１に記載の検知システム。
【請求項４】
前記第１部分は前記電磁石に接続される供給源をさらに含む、請求項３に記載の検知システム。
【請求項５】
前記少なくとも１つの磁界誘導部材は円錐形状の磁界誘導部を含む、請求項１に記載の検知システム。
【請求項６】
前記少なくとも１つの磁界誘導部材は軸対称形状の磁界誘導部を含む、請求項１に記載の検知システム。
【請求項７】
前記少なくとも１つの磁界誘導部材は円錐台形状の磁界誘導部を含む、請求項１に記載の検知システム。
【請求項８】
前記少なくとも１つの磁界誘導部材は、第１透磁率を有する外側部分と第２透磁率を内側部分とを含む、請求項１に記載の検知システム。
【請求項９】
前記内側部分は中空空洞部を含む、請求項８に記載の検知システム。
【請求項１０】
前記外側部分は第１材料を含み、前記内側部分は第２材料を含む、請求項８に記載の検知システム。
【請求項１１】
前記整形磁界部は略球形部を含む、請求項１に記載の検知システム。
【請求項１２】
前記整形磁界部は略軸対称部を含む、請求項１に記載の検知システム。
【請求項１３】
前記磁界センサは線形ホール効果センサを含む、請求項１に記載の検知システム。
【請求項１４】
前記磁界センサはさらに、前記整形磁界部の検知された特徴に基づいて１つ以上の信号を伝送するようにされている、請求項１に記載の検知システム。
【請求項１５】
前記第２部分はデータ分析器を含み、前記磁界センサは前記１つ以上の信号を前記データ分析器に伝送するようにされている、請求項１４に記載の検知システム。
【請求項１６】
前記磁界センサはさらに、前記整形磁界部の検知された特徴に基づいて前記所望の位置を決定するようにされている、請求項１に記載の検知システム。
【請求項１７】
前記第１および第２部分のうちの少なくとも一方は、前記磁界誘導部材および前記磁界センサの各々一方に動作可能に連結された位置制御アセンブリを含む、請求項１に記載の検知システム。
【請求項１８】
前記第１および第２部分のうちの少なくとも一方は、前記加工物に動作可能に連結され得る、また前記磁界誘導部材および前記磁界センサの各々一方を制御可能に位置決めするようにされた位置制御アセンブリを含む、請求項１に記載の検知システム。
【請求項１９】
前記位置制御アセンブリは、
前記加工物に動作可能に連結され得るようにされたトラックアセンブリと、
前記トラックアセンブリにならびに前記磁界誘導部材および前記磁界センサの各々一方に動作可能に連結されたキャリッジアセンブリと、を含む、請求項１８に記載の検知システム。
【請求項２０】
前記キャリッジアセンブリに動作可能に連結され、また前記磁界誘導部材および前記磁界センサの各々一方を制御可能に位置決めするために１つ以上の制御信号を前記キャリッジアセンブリに伝送するようにされたコントローラをさらに備えた、請求項１９に記載の検知システム。
【請求項２１】
加工物上で製造作業を行うようにされた製造工具と、
前記加工物と動作可能に噛み合うようにされた検知システムと、
を備えた製造アセンブリであって、
前記検知システムは、
磁界を発生させる磁石と、前記磁界の整形磁界部を提供するようにされた少なくとも１つの磁界誘導部材とを含む第１部分であって、前記整形磁界部は少なくとも一部が前記加工物を貫通して前記加工物の第２表面を越えて外側に延びる、第１部分と、
前記第２表面を越えて外側に延びる前記整形磁界部の少なくとも一部を通って移動可能な磁界センサを含む第２部分であって、前記磁界センサは前記製造作業のための所望の位置を示す前記整形磁界部の特徴を検知するようにされている、第２部分と、
を含む、製造アセンブリ。
【請求項２２】
前記製造工具は穿孔装置を含む、請求項２１に記載の製造アセンブリ。
【請求項２３】
前記磁石は電磁石を含む、請求項２１に記載の製造アセンブリ。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの磁界誘導部材は円錐形状の磁界誘導部を含む、請求項２１に記載の製造アセンブリ。
【請求項２５】
前記少なくとも１つの磁界誘導部材は軸対称形状の磁界誘導部を含む、請求項２１に記載の製造アセンブリ。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの磁界誘導部材は、第１透磁率を有する外側部分と第２透磁率を有する内側部分とを含む、請求項２１に記載の製造アセンブリ。
【請求項２７】
前記整形磁界部は略球形部を含む、請求項２１に記載の製造アセンブリ。
【請求項２８】
前記整形磁界部は略軸対称部を含む、請求項２１に記載の製造アセンブリ。
【請求項２９】
前記検知システムおよび前記製造工具のうちの少なくとも１つに動作可能に連結された
位置制御アセンブリをさらに備えた、請求項２１に記載の製造アセンブリ。
【請求項３０】
前記位置制御アセンブリは、前記検知システムの前記磁界誘導部材と前記磁界センサのうちの少なくとも一方に動作可能に連結される、請求項２９に記載の製造アセンブリ。
【請求項３１】
前記位置制御アセンブリは加工物に動作可能に連結され得る、請求項２９に記載の製造アセンブリ。
【請求項３２】
前記位置制御アセンブリは、
前記加工物に動作可能に連結され得るようにされたトラックアセンブリと、
前記トラックアセンブリにならびに前記検知システムと前記製造工具の各々少なくとも一方に動作可能に連結されたキャリッジアセンブリと、を含む、請求項２９に記載の製造アセンブリ。
【請求項３３】
前記位置制御アセンブリは、前記キャリッジアセンブリに動作可能に連結され、また前記キャリッジアセンブリを前記加工物に対して制御可能に位置決めするために１つ以上の制御信号を前記キャリッジアセンブリに伝送するようにされたコントローラをさらに含む、請求項２９に記載の製造アセンブリ。
【請求項３４】
前記位置制御アセンブリは、前記検知システムの前記磁界誘導部材と前記磁界センサのうちの少なくとも一方に動作可能に連結される、請求項３３に記載の製造アセンブリ。
【請求項３５】
加工物上で製造作業を行う方法であって、
前記加工物の第１面から生じ前記加工物を貫通して前記加工物の第２面から外側に延びる整形磁界部を提供する工程と、
前記加工物の前記第２面から外側に延びる前記整形磁界部を少なくとも部分的に通る第１経路に沿ってセンサを横断させる工程と、
前記整形磁界部の特徴を検知する工程と、
前記整形磁界部の検知された特徴に基づいて前記加工物上で製造作業を行うための所望の位置を決定する工程と、
を包含する方法。
【請求項３６】
前記整形磁界部を提供する工程は、磁石から複数の磁界線を発することと、磁界誘導部材を用いて前記複数の磁界線の少なくとも一部を整形することとを包含する、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記磁石から複数の磁界線を発することは、電磁石から複数の磁界線を発することを包含する、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記複数の磁界線の少なくとも一部を整形することは、前記加工物の前記第２面からの補足的な磁界誘導部材を用いて前記複数の磁界線の少なくとも一部を整形することを包含する、請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
前記複数の磁界線の少なくとも一部を整形することは、前記磁界誘導部材の円錐形状部を用いて前記複数の磁界線の少なくとも一部を整形することを包含する、請求項３６に記載の方法。
【請求項４０】
前記複数の磁界線の少なくとも一部を整形することは、前記磁界誘導部材の軸対称形状部を用いて前記複数の磁界線の少なくとも一部を整形することを包含する、請求項３６に記載の方法。
【請求項４１】
前記複数の磁界線の少なくとも一部を整形することは、第１透磁率を有する前記磁界誘導部材の内側部分と第２透磁率を有する前記磁界誘導部材の外側部分とを用いて前記複数の磁界線の少なくとも一部を整形することを包含する、請求項３６に記載の方法。
【請求項４２】
前記整形磁界部を少なくとも部分的に通る第１経路に沿ってセンサを横断させる工程は、前記第１経路に沿って前記センサを手動で横断させることを包含する、請求項３５に記載の方法。
【請求項４３】
前記整形磁界部を少なくとも部分的に通る第１経路に沿ってセンサを横断させる工程は、位置制御アセンブリを用いて前記第１経路に沿って前記センサを横断させることを包含する、請求項３５に記載の方法。
【請求項４４】
前記整形磁界部を少なくとも部分的に通る第１経路に沿ってセンサを横断させる工程は、前記加工物に動作可能に連結された位置制御アセンブリを用いて前記第１経路に沿って前記センサを横断させることを包含する、請求項３５に記載の方法。
【請求項４５】
前記整形磁界部を少なくとも部分的に通る第１経路に沿ってセンサを横断させる工程は、前記加工物から一定の距離にある前記第１経路に沿って前記センサを横断させることを包含する、請求項３５に記載の方法。
【請求項４６】
前記整形磁界部を少なくとも部分的に通る第１経路に沿ってセンサを横断させる工程は、前記整形磁界部の略球形部を通って前記センサを横断させることを包含する、請求項３５に記載の方法。
【請求項４７】
前記整形磁界部を少なくとも部分的に通る第１経路に沿ってセンサを横断させる工程は、前記整形磁界部の略軸対称部を通って前記センサを横断させることを包含する、請求項３５に記載の方法。
【請求項４８】
前記整形磁界部の特徴を検知する工程は、前記整形磁界部を少なくとも部分的に通る第１経路に沿ってセンサを横断させることと同時に特徴を検知することを包含する、請求項３５に記載の方法。
【請求項４９】
前記加工物上で製造作業を行うための所望の位置を決定する工程は、前記整形磁界の略球形部の中心を決定することを包含する、請求項３５に記載の方法。
【請求項５０】
前記加工物上で製造作業を行うための所望の位置を決定する工程は、前記整形磁界の略軸対称部の中心を決定することを包含する、請求項３５に記載の方法。
【請求項５１】
前記加工物上で製造作業を行うための所望の位置を決定する工程は、前記整形磁界の長軸に沿った前記加工物の前記第２面上の位置を決定することを包含する、請求項３５に記載の方法。
【請求項５２】
前記加工物上の前記所望の位置で前記製造作業を行うことをさらに包含する、請求項３５の方法。
【請求項５３】
前記加工物上の前記所望の位置で穿孔作業を行うことをさらに包含する、請求項３５の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気スルースキン検知のための装置および方法、詳しくは、加工物上の位置を突き止めるために磁気検知を使用する製造作業に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの分野での製造作業においては、典型的には、加工物の上方に製造工具を正確に位置決めすることが必要とされる。１つの例としては、航空機製造分野での締め具穴を開けることがある。航空機部品、特に航空機のパネルすなわち「スキン」に締め具穴を設けるには、通常、外側の位置からの「ブラインド」穿孔かまたは航空機胴体内からの「バック」穿孔のいずれかが必要である。いずれの場合にも、正しい位置に穴を開けるのは難しい場合がある。難しい理由は多分、多くの状況において最良の穿孔は外側から内向きになされるが、どこに穴を開けるかについての最良の位置情報は、その部品の内部（すなわち非穿孔）側の状態によって決定されるという事実による。
【０００３】
この問題に対する１つの従来のアプローチとしては、内側から外向きに縮径のパイロット穴を開け、次にこのパイロット穴に誘導されてその穴を外側から内向きに完成させることがある。別の妥協的なアプローチとしては、機械的なガイドまたは測定装置を用いて位置を内側から外側へと移行させることがある。
【０００４】
従来の穿孔システムおよび方法を用いて所望の結果が実現されてはいるが、依然として改善の余地がある。上述の従来の方法は時間および労力集約型であり、よって製造作業の効率が低下する。従って、加工物上で製造作業を行うための改良された位置決めシステムおよび方法が必要とされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、磁気スルースキン検知のための装置および方法、詳しくは、加工物上の位置を突き止めるために磁気検知を使用する製造作業に関する。本発明による装置および方法は、加工物上での製造作業の効率、処理能力および精度を向上させるという利点を与え得る。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの実施形態では、検知システムは、磁石を含む第１部分と磁界センサを含む第２部分とを備える。磁石は磁界を発する。磁界誘導部材が磁界の整形磁界部を提供し、整形磁界部は少なくとも部分的に加工物を通って延びる。磁界センサは整形磁界部の少なくとも一部を通って移動可能である。磁界センサは、製造作業のための所望の位置を示す整形磁界部の特徴を検知する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の好適ないくつかの実施形態を以下の図面を参照して詳細に述べる。
本発明は、磁気スルースキン検知のための装置および方法、詳しくは、加工物上の位置を突き止めるために磁気検知を利用する製造作業に関する。本発明のいくつかの実施形態を十分に理解できるように、これら実施形態の多くの具体的な詳細を以下の記述および図１〜５において示す。しかし、当業者であれば、本発明がその他の実施形態を持ち得ること、または本発明が以下の記述で述べる詳細のいくつかを欠いても実施され得ることは理解されよう。
【０００８】
図１は、本発明の実施形態による検知システム１００の側面図である。本実施形態では、検知システム１００は、磁界誘導磁極片１１２を有する磁石１１０を含む。複数の磁界線（一定強度の磁力線）１１４が磁石１１０から発せられる。磁界誘導磁極片１１２は、磁界誘導磁極片１１２に直近の磁界線１１４の少なくともいくつかが整形磁界部１１６を形成するように適切な形状とされる。磁界誘導磁極片１１２の形状は分析シミュレーション、実験または他の適切な手法を用いて決定され得る。例えば１つの特定の実施形態では、磁界誘導磁極片１１２は略円錐形状であり得る。さらに、別の特定の実施形態では、整形磁界部１１６は、後でさらに詳しく述べるように、略球形状１１７（図１）のゾーンを含み得る。比較のために、図１の整形磁界部１１６上に理想的な球形状１１８を重畳させており、これにより、理想的な球形状１１８に対する略球形状１１７のゾーンの相対的な大きさが示される。
【０００９】
図１にさらに示すように、検知システム１００はまた磁界センサ１２０を含む。磁界センサ１２０は、例えば、Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，  Ｉｎｃ．
ｏｆ  Ｍｏｒｒｉｓｔｏｗｎ，  Ｎｅｗ  ＪｅｒｓｅｙのモデルＰＫ  ８８７８２産業用センサ、Ｍｅｌｅｘｉｓ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，  Ｉｎｃ．  ｏｆ  Ｃｏｎｃｏｒｄ，  Ｎｅｗ  ＨａｍｐｓｈｉｒｅのモデルＭＬＸ９０２１５、Ａｌｌｅｇｒｏ  Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ，  Ｉｎｃ．  ｏｆ  Ｗｏｒｃｅｓｔｅｒ，  Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓの１３２１シリーズセンサ、または他のあらゆる適切な磁界センサなどの市販のセンサを含む従来の磁界センサでよい。例えば、特定の実施形態では、磁界センサ１２０はリニアホール効果センサであり得る。
【００１０】
動作においては、磁石１１０を加工物１３０に対して動作可能に位置決めさせ得る。詳しくは、磁石１１０の磁界誘導磁極片１１２を加工物１３０の第１表面１３２の直近に位置決めして、略球形状１１７のゾーンの少なくとも一部が加工物１３０を貫通してさらに加工物１３０の第２表面１３４を越えて外側に延びるようにするとよい。特定の実施形態では、磁界誘導磁極片１１２を第１位置１３６で第１表面１３２に対して噛み合わせる（すなわち接触させる）とよい。もしくは、磁界誘導磁極片１１２を第１位置１３６で第１表面１３２から離して配置してもよい。
【００１１】
続けて図１を参照して、磁界誘導磁極片１１２を所望の第１位置１３６に対して動作可能に位置決めすると、磁界センサ１２０を、整形磁界部１１６を少なくとも部分的に通過する１つ以上の横断経路１２２に沿って移動させ得る。図１に示す実施形態では、横断経路１２２は略球形状１１７のゾーンを少なくとも部分的に通って延びる。磁界センサ１２０が略球形状１１７のゾーンより外側の第１センサ位置１２４から略球形状１１７のゾーン内の第２センサ位置１２６（点線で示す）へと（または反対に第２センサ位置１２６から第１センサ位置１２４へと）動くとき、磁界センサ１２０は略球形状１１７のゾーン内の磁界線１１４を検知する。
【００１２】
略球形状１１７のゾーンの既知形状から、および横断経路１２２に沿って磁界センサ１２０によって決定される磁界強度値から、加工物１３０の第２表面１３４上の第２位置１４０が決定され得る。例示的な実施形態では、第２位置１４０は第１位置１３６の直反対側であり、第２位置１４０は、製造作業（例えば穿孔）を行うのが望ましい加工物１３０の第２表面１３４の位置を表している。もしくは、第２位置１４０は、製造作業が行われることになる所望の位置から（例えば、第２表面１３４に沿った所定のオフセット距離だけ）逸らせてもよい。
【００１３】
磁界センサ１２０は、１つ以上の検知信号を通信リンク１５２（例えば、導電性リードまたはワイヤレスリンク）を介してデータシステム１５０に伝送し得る。データシステム１５０は次に検知信号を処理して第２位置１４０を決定するか、または検知信号に応答し
て他の操作を行ってもよい。例えば、１つ以上の制御信号を伝送して所望の位置で加工物１３０の製造作業を行うために製造工具を動作可能に位置決めするようにしてもよく、これについては後でさらに詳細に述べる。
【００１４】
図１に示した実施形態の１つの特定の局面では、整形磁界部１１６は、第２位置１４０が略球形状１１７のゾーンのほぼ中心となるように適切に整形され得る。従って、第２位置（すなわち、略球形状１１７のゾーンの中心）は、磁石１１０を第１表面１３２に対して適正に位置決めすることによって、（例えば、所望の穿孔位置をはっきりと示すために）第２表面１３４上の所望の位置を適切に指し示し得る。さらに、整形磁界部１１６の磁界線１１４は、磁界センサ１２０が横断する第２表面１３４の近辺では略球形状１１７のゾーンに近似するため、検知システム１００は、加工物１３０に対する磁石１１０の長軸１１１の垂直性に対して、および第２表面１３６に対する横断経路１２２に沿った磁界センサ１２０の進入角に対して比較的鈍感であるという利点を持ち得る。例えば、全体的に整形された磁界部１１６の形状が完全な球形である１つの特定の実施形態では、検知システム１００はこのような垂直性および進入角の状態に対して極端に鈍感である。典型的には、図１に示す実施形態では、検知システム１００が許容する非垂直の程度は、球体が整形磁界部１１６の略球形状１１７のゾーンによって近似される精度の関数であり得る。
【００１５】
本発明による検知システムの実施形態は、例えば、位置情報を不透明の表面を通して移行させる必要がある応用において用いるとよい。例えば、１つの例示的実施形態では、検知システムは、航空機の外板を構造部材に連結するプロセスで採用され得る。この場合、締め具の位置は予め開けたパイロット穴を介して構造体の内部から決定され得、そしてこれらパイロット穴の位置を取り付けられた外板の外側から決定する必要がある。このような応用では、磁石および磁界誘導磁極片は、典型的には、航空機外板の内側にパイロット穴に隣接して配置され、磁界センサは、パイロット穴の位置を突き止めるいかなる可視手段もない航空機外板の外側を横断することになる。
【００１６】
もしくは、さらなる実施形態では、本発明による検知装置および方法は、ある位置が加工物の裏側では分かっているが、穴の位置を正しく突き止めるためには情報を表側に移行させる必要がある、多くの様々な穿孔応用例で用いられ得る。また本発明による検知装置および方法の実施形態は穿孔応用例に限定されるものではなく、位置情報を不透明媒体、好ましくは非磁気媒体を通して移行させる場合に広く用いられ得る。このような他の応用例としては、大工職でのラミネートカウンタートップ、楽器製造での木材薄板およびモジュラーオフィス用調度品での布地カバー類の方向合わせ、ならびに不透明材料を通しての位置情報の移行が必要な他の無制限数の応用例がある。
【００１７】
検知システム１００は、他の従来のシステムに優る重要な利点を提供し得る。例えば、磁界センサ１２０は、第２位置１４０を決定するために広い範囲の所望の横断経路１２２に沿って動き得るため、検知システム１００は他のシステムに比べて動作がより容易およびより効率的となる。また、上述のように、検知システム１００は、従来のシステムに比べて非垂直性状態に対して相対的に敏感ではなく、このため精度の向上を提供し得る。全体において、検知システム１００は、加工物の外表面での製造作業を行うための所望の位置を加工物の内表面から指し示す、コスト効率性が良く高精度の方法を提供するという利点がある。
【００１８】
加工物１３０は図１に示すようにほぼ平坦な加工物であるか、もしくは他のいかなる適切な輪郭を持つ形状または平坦ではない形状であってもよい。好ましくは、加工物１３０は、整形磁界部１１６が歪むことも、減衰することも、もしくはその所望の形状、強度または他の量的または質的な特性から劣化することもないように、非強磁性材料であるとよい。もしくは、加工物１３０が、整形磁界部１１６に悪影響を与え得る強磁性材料を含む
場合は、第２位置１４０が許容精度で決定されるようにこのような悪影響に対処するために、適切な経験に基づく更正または他の適切な調整が必要となり得る。
【００１９】
さらに、検知システム１００を取り巻く周囲磁気環境は好ましくは整形磁界部１１６の強度より実質的に小さい方がよい。さらに、検知システム１００近辺のいかなる構造体の強磁性も無視できるものであるか、もしくは整形磁界部１１６、特に略球形状１１７のゾーンの形状を目に見えるほどに歪ませないようにほぼ均質であることが望ましい。しかし反復可能不均質の事例が存在する場合は、磁界誘導磁極片１１２の形状を適切に改変してこれらの事例に適応するようにするとよい。
【００２０】
磁石１１０の磁界誘導磁極片１１２は図１に示す特定の形状に限定されることはなく、他の形状の磁束分布を生成し得る多様な別の形状で構成され得る。例えば、別の実施形態では、長軸１１１からの円錐切頭部（または円錐台）を持つ円筒部を含む磁界誘導磁極片はより円筒形状の磁界部を生成し、また円筒状磁極片はより楕円形状の磁界部を生成し得る。また、磁界誘導磁極片に直近の磁界部の形状は、磁界誘導磁極片の外形による以外の方法で改変されてもよい。例えば、別の実施形態では、磁界誘導磁極片は、整形磁界部の形状がさらに改変されるように磁界誘導磁極片の外側部分とは異なる透磁率を有する挿入部分を含んでもよい。さらに別の実施形態では、透磁率の異なる材料よりなる連続円環（例えば、環を連続して小さくするに従って透磁率を下げる）を、磁束密度が、全体透磁率がより低い領域に優先的に存在するように強制されるように入れ子状態にして、これにより全体的な磁束形状が所望通りに変動するのを可能としてもよい。
【００２１】
従って、整形磁界部１１６の上述の実施形態は、第２表面１３４の近辺に略球形状１１７のゾーンを含むが、様々な別の実施形態も可能である。いくつかの別の実施形態、特に軸対称磁界部（略円筒形状または楕円形状など）を有する実施形態では、整形磁界部の中心を独自に定めるために、磁界センサ１２０の横断経路１２２に沿った動きを特定の移動面内に制限することが望ましくまた利点があり、これにより加工物１３０上の第２位置１４０がより精度良く決定され得る。
【００２２】
以下の説明では、本発明による装置および方法のいくつかの別の実施形態を図２〜５を参照して述べる。これらの説明においては、これら追加の実施形態の構造および動作面の詳細のすべてを上記の記述から繰り返して述べるわけではなく、簡潔にするために、このような別の実施形態の構造および動作特性のより重要な局面および相違点のみについて述べる。
【００２３】
図２は、本発明の別の実施形態による検知システム２００の側面図である。本実施形態において、検知システム２００は、複数の磁界線２１４を発する磁石２１０を含む。磁石２１０は、略円筒形状２１７のゾーンを含む整形磁界部２１６を提供する磁界誘導磁極片２１２を有する。比較のために、整形磁界部２１６上に理想的な円筒形状２１８を重畳させている。
【００２４】
図２にさらに示すように、本実施形態では、磁界誘導磁極片２１２は外側部分２１１と内側部分２１３とを含む。１つの実施形態では、外側部分２１１は、第１透磁率を有する第１材料を含み、内側部分２１３は、第２透磁率を有する第２材料を含む。別の実施形態では、内側部分２１３は空気または他の適切な物質を含む空洞カットアウトもしくは真空であり得る。
【００２５】
動作においては、磁石２１０は加工物１３０の第１表面１３２に対して、略円筒形状２１７のゾーンの少なくとも一部が加工物１３０の第２表面２３４を越えて延びるように、動作可能に位置決めされる。本実施形態では、磁界誘導磁極片２１２は加工物１３０上の
第１位置１３６から距離１３５だけ離れて位置決めされる。次に磁界センサ１２０を、整形磁界部２１６を少なくとも部分的に通過する横断経路２２２に沿って、整形磁界部２１６より外側の第１センサ位置２２４から略円筒形状２１７のゾーン内の第２センサ位置２２６へと（またはこの反対へと）移動させる。本実施形態では、横断経路２２２は、加工物１３０の第２表面１３４から一定の距離２２３だけ離れた面内にあるように制限されている。磁界センサ１２０は、横断経路２２２に沿って移動するとき、磁界線２１４を検知し、上記により詳しく述べたように、適切な信号をデータシステム１５０に伝送する。略円筒形状２１７のゾーンの既知形状から、および横断経路２２２に沿った磁界センサ１２０によって決定される磁界強度値から、加工物１３０上の第２位置１４０が決定され得る。
【００２６】
図３は、本発明の別の実施形態による検知システム３００の側面図である。この別の実施形態では、検知システム３００は、長軸３１１に沿って並びまた複数の磁界線３１４を発する磁界誘導磁極片３１２と電磁石３６０とを含む。供給源３６２（例えば電源）が電磁石３６０に動作可能に接続される。磁界誘導磁極片３１２は、加工物１３０上の第１位置１３６から距離１３５だけ離れて位置決めされ、磁界検知ゾーン３１７を含む整形磁界部３１６を提供する。例えば、特定の実施形態では、磁界検知ゾーン３１７は略円筒形状ゾーンであり得る。
【００２７】
動作においては、磁界センサ１２０を、第１センサ位置３２４から第２センサ位置３２６へと延びる横断経路３２２に沿って移動させる。第１および第２センサ位置３２４、３２６は磁界検知ゾーン３１７内に位置する。横断経路３２２は、加工物１３０の第２表面１３４から一定の距離２２３だけ離れているように制限される。磁界センサ１２０は、横断経路３２２に沿って移動するとき、磁界線３１４を検知し、上記により詳しく述べたように、適切な信号をデータシステム１５０に伝送する。
【００２８】
また、感知システム３００は電磁石３６０を含むため、整形磁界部３１６内の全体的な磁束密度は供給源３５２を調整することによって変動（増加または減少）し得る。例えば、１つの実施形態では、電磁石３６０（または磁界誘導磁極片３１２）のコアの部分の磁気飽和効果を利用するために全体的な磁束密度を変動させて、整形磁界部３１６の整形に及ぼすコアの効果をさらに活用し得る。これは、例えば、飽和は飽和状態になる領域の内部密度を増大させないため磁界フリンジが増大するという効果によって実現され得る。もしくは、さらにいくつかの実施形態では、加工物１３０の厚さの変動または特性の変動による減衰、周辺環境の周囲磁界の不均質性または他のあらゆる適切な要因を含むがこれらに限定されない他の要因を償うために、全体的な磁束密度を変動させてもよい。磁界感知ゾーン３１７の既知の磁束密度、および横断経路３２２に沿った磁界センサ１２０からの測定データに基づいて、加工物１３０上の第２位置１４０が決定され得る。
【００２９】
続けて図３を参照して、別の実施形態では、検知システム３００はさらに、整形磁界部３１６および加工物１３０の第２表面１３４に対して動作可能に位置決めされた二次磁極片３９０を含み得る。二次磁極片３９０は、整形磁界部３１６の磁界線３１４が、整形磁界部３１６の少なくとも一部に相対的により集中するようにされこれによって（例えばより弱い磁石を用いる）より弱い磁界での測定を可能にし得る複数の二次磁界線３９４を発する。二次磁極片３９０を有する実施形態では、二次磁極片３９０によって生じる歪みおよび不均質性を償うために補償がなされ、これは例えば、反復的なアプローチ、実験的なアプローチ、半経験的なアプローチまたは他のあらゆる適切な補償手法によって実現され得る。
【００３０】
本発明による検知システムの様々な実施形態は単独で利用されても、または幅広い範囲の現存の製造装置に組み込んでもよい。実際において、本発明の様々な実施形態に従って
検知システムの磁界誘導磁極片を位置決めすることおよび磁界センサを横断させることに関しては、実質的に無数の製造アセンブリが考えられ得る。このようなシステムとしては、自動化コンピュータ制御の製造装置から比較的単純な手動の装置、さらにはオペレータによって行われる簡単な手動作業までの範囲にわたる。本発明による検知システムの動作に含まれる位置決めおよび横断作業を行うために使用し得る代表的な製造アセンブリとしては、Ｊａｃｋらの米国特許第４，８５０，７６３号に大まかに記載されている製造アセンブリ、ならびに、２００１年１２月１０日出願の同時係属同一所有者の米国特許出願第１０／０１６，５２４号タイトル“Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｔｒａｃｋ  Ｄｒｉｌｌｉｎｇ  Ｍａｃｈｉｎｅ”、２００３年６月２５日出願の同時係属同一所有者の米国特許出願第１０／６０６，４０２号タイトル“Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ
Ｓｅｒｖｏ−Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ”、２００３年６月２５日出願の同時係属同一所有者の米国特許出願第１０／６０６，４４３号タイトル“Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｃｏｕｎｔｅｒ−Ｂａｌａｎｃｅ  Ａｓｓｉｓｔｅｄ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ”、２００３年６月２５日出願の同時係属同一所有者の米国特許出願第１０／６０６，４７２号タイトル“Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｏｐｐｏｓｉｎｇ−Ｆｏｒｃｅ  Ｓｕｐｐｏｒｔ  Ｓｙｓｔｅｍｓ”、および２００３年６月２５日出願の同時係属同一所有者の米国特許出願第１０／６０６，４７３号タイトル“Ａｐｐａｒａｔｕｓ
ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｎｏｎ−Ｃｏｎｔａｃｔ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｎｇ  ”に開示された例示的な製造アセンブリを含むがこれらに限定されない。上記の特許および特許出願は本明細書において参考として援用されている。
【００３１】
例えば、図４は、本発明のさらに別の実施形態による代表的な製造アセンブリ４００の等角図である。本実施形態では、製造アセンブリ４００は、加工物１３０に制御可能に取り付けられ得るトラックアセンブリ４１０と、トラックアセンブリ４１０に移動可能に連結されるキャリッジアセンブリ４２０とを含む。検知要素４３０がキャリッジアセンブリ４２０に載置され、コントローラ４３４に動作可能に連結される。検知要素４３０およびコントローラ４３４の少なくとも一方は、キャリッジアセンブリ４２０に載置された製造工具４５１にも連結されてもよい。後により詳しく述べるように、検知要素４３０は、本発明の実施形態による検知システムの少なくとも一部を含み得る。
【００３２】
図４にさらに示すように、トラックアセンブリ４１０は第１および第２レール４２２、４２４を含み、各レール４２２、４２４には複数の真空カップアセンブリ４１４が配備されている。真空カップアセンブリ４１４は、真空ポンプなどのような真空供給源４１８に導く１つ以上の真空ライン４１６に流体連結されており、これにより真空カップアセンブリ４１４に真空が制御可能に与えられトラックアセンブリ４１０を加工物１３０に固定する。真空カップアセンブリ４１４は既知の構成のものであり、例えば、Ｂｕｔｔｒｉｃｋらの米国特許第６，４６７，３８５  Ｂ１号またはＢａｎｋｓらの米国特許第６，２１０，０８４  Ｂ１号に開示されたタイプのものであればよい。別の実施形態では、真空カップアセンブリ４１４を、磁気取り付けアセンブリ、ボルトまたは他のねじ切り取り付け部材もしくは他のあらゆる適切な取り付けアセンブリを含む他のタイプの取り付けアセンブリに置き換えてもよい。
【００３３】
レール４２２、４２４は１つ以上の接続部材４２８によって接続され、加工物１３０の輪郭に適合するように湾曲し、捩れそして撓むようにされ得る。キャリッジアセンブリ４２０は、キャリッジアセンブリ４２０のＸ軸キャリッジ４６０に載せられレール４２２、４２４と噛み合うローラ４３２によってレール４２２、４２４に沿って移動し得る。特定の実施形態では、各レール４２２、４２４は、ローラ３２と噛み合うＶ形エッジを持ち、
ローラ３２はレール４２２、４２４のＶ形エッジを受容するＶ形溝を含み得る。別の実施形態では、Ｘ軸キャリッジ４６０は、キャリッジアセンブリ４２０がレール４２２、４２２を移動するとき必要に応じて（すなわち、加工物１３０の輪郭が命ずるままに）撓んだり捩れたりするようにされて、Ｘ軸キャリッジ４３０とローラ４３２との間に制限された程度の相対移動が生じるのを許すようにするとよい。この結果、キャリッジアセンブリ４２０の基準軸（図示した実施形態では、Ｘ軸キャリッジ４６０の面に垂直なＺ軸）が、レール４２２、４２４に沿ったキャリッジアセンブリ４２０のいかなる位置でも加工物１３０に対してほぼ垂直に維持され得る。
【００３４】
図４にさらに示すように、ラックアンドピニオンアレンジメントのラック４３８がレール４２４に沿って載置されている。第１モータ４４０および関連第１ギアボックス４４２がキャリッジアセンブリ４２０に載置されている。第１ギアボックス４４２からの出力シャフトには、レール４２４上のラック４３８と噛み合う第１ピニオンギア４４４が載置されている。従って、第１モータによる第１ピニオンギア４４４の回転によりキャリッジアセンブリ４２０がレール４２２、４２４に沿って駆動される。
【００３５】
図４を続けて参照して、キャリッジアセンブリ４２０はさらに、Ｘ軸キャリッジ４６０の上にスライド可能に載置されたＹ軸キャリッジ４５０を含み、Ｙ軸キャリッジ４５０がＸ軸方向に垂直なＹ軸方向に沿って前後にスライドすることができるようにされている。詳しくは、レール４５２、４５４がＸ軸キャリッジ４６０の両縁部に接着されており、ローラ４５６がレール４５２、４５４と噛み合うようにＹ軸キャリッジ４５０に載置されている。ラックアンドピニオンアレンジメントのラック４５８がレール４５４に沿ってＸ軸キャリッジ４６０に接着されている。第２モータ４８０および関連第２ギアボックス４８２がＹ軸キャリッジ４５０に載置され、ラック４５８に噛み合う第２ピニオンギア（図示せず）を駆動して、Ｙ軸キャリッジ４５０をＹ軸方向に駆動する。
【００３６】
動作においては、製造アセンブリ４００を加工物１３０上に載置させ、キャリッジアセンブリ４２０を加工物１３０の上方を所望の位置へと移動させ得る。詳しくは、コントローラ４３４が制御信号を第１駆動モータ４４０に伝送して、キャリッジアセンブリ４２０をトラックアセンブリ４１０に沿って駆動させ、また制御信号を第２駆動モータ４８０に伝送して、キャリッジアセンブリ４２０に連結したＹ軸キャリッジ４ｂｅの位置を、例えば、クランプリング４７０によってまたは製造工具４５１を加工物１３０へと接近させる他の適切な構造体によって、調整するようにし得る。
【００３７】
検知要素４３０は、本発明の実施形態による検知システムの一部を含み得ることは理解されよう。例えば、いくつかの局面では、製造アセンブリ４００は加工物１３０の第１表面に（製造工具４５１と共にまたは製造工具はなしで）載置され、検知要素４３０は検知システム１００（図１）の磁石１１０および磁界誘導磁極片１１２を、または検知システム２００（図２）の磁石２１０および磁界誘導磁極片２１２を、もしくは検知システム３００（図３）の電磁石３６０および磁界誘導磁極片３１２を、あるいはこれらシステムの別の実施形態のものを含み得る。従って、製造アセンブリ４００は、上記に大まかに述べたように、加工物１３０の第１表面１３２上の第１位置１３６を指し示し、加工物１３０の反対側から磁界センサによって検知され得る整形磁界部の位置決めをするために用いられ得る。
【００３８】
しかし別の実施形態では、製造アセンブリ４００を第２表面１３４に載置して、検知要素４３０に磁界センサ（例えばセンサ１２０）を含めてもよい。従って、このような実施形態では、製造アセンブリ４００は磁界センサ１２０を横断経路に沿って移動させて、加工物１３０を通って延びる整形磁界部を検出するために用いられ得る。磁界センサ１２０からの信号はコントローラ４３４に伝送され、コントローラは第２表面１３４上の第２位
置１４０を決定し、さらに適切な制御信号を第１および第２モータ４４０、４８０ならびに製造工具４５１に伝送して、第２位置１４０で所望の製造作業を行う。
【００３９】
また製造アセンブリ４００のさまざまな作業はコントローラ４３０によって制御され、コンピュータ化数値制御（ＣＮＣ）方法およびアルゴリズムを用いて自動化または半自動化された方法で実現され得ることは理解されよう。もしくは、製造アセンブリ４００の様々な作業は、例えば、オペレータがコントローラ４３４に手動制御入力を行うか、または上記のモータおよび駆動アセンブリを一時的に不能または無効にして手動移動を可能にするなど、オペレータによって手動でまたは一部手動で行われ得る。特定の局面では、コントローラ４３４はＣＮＣ制御システムを含む。上述の製造アセンブリ４００を含む本発明による製造アセンブリは、穿孔装置、リベッター、機械的および電磁的なデントプラー、溶接機、レンチ、クランプ、サンダー、釘打ち機、スクリューガンまたは実質的に他のあらゆる所望のタイプの製造工具または測定器具を含むがこれらに限定されない多種にわたる製造工具４５１と組み合わせて作動させ得ることにも留意されたい。
【００４０】
図５は、本発明の別の実施形態によるスルースキン磁気検知を含む製造作業を行う方法５００のフローチャートである。本実施形態では、方法５００はブロック５０２で始まり、ブロック５０４で磁石を加工物の第１面に対する所望の指示位置に位置決めする。上述のように、磁石は手動で位置決めしてもよいし、または自動または半自動製造アセンブリを用いて、もしくは他のいかなる適切な手段によって位置決めしてもよい。ブロック５０６で、少なくとも一部が加工物の第２面から外側に延びる整形磁界部を生成する。整形磁界部は１つ以上の永久磁石または電磁石を、加工物の第１および第２面のうちの少なくとも一方に置かれた１つ以上の磁界誘導磁極片と組み合わせて用いて生成するとよい。
【００４１】
図５にさらに示すように、ブロック５０８で、磁界センサは整形磁界部の少なくとも一部を通って移動して、磁界強度を示す信号が検知され得る。この場合も上述したように、磁界センサは自動または半自動製造アセンブリを用いて移動させても、もしくは手動で移動させてもよい。さらに、磁界センサの横断経路を、例えば加工物の表面から一定の距離を維持することによって制限するか、もしくは加工物に対する横断経路の垂直性または角方位に係わりなく横断させてもよい。次に、ブロック５１０で、製造作業を行うための所望の位置を決定し得る。この決定は検知した信号を伝送することと、検知した信号をコントローラまたは他の適切なデータ分析器を用いて分析することとを包含し得る。
【００４２】
ブロック５１２で、製造作業をその所望の位置で行い得る。製造作業とは、例えば、穿孔、溶接、釘打ちまたは他のいかなる所望の作業であってもよい。次にブロック５１４で、製造作業が完了したかどうかに関する決定を行う。完了した場合はブロック５１６で方法５００は終了する。もしくは、方法５００はブロック５０４に戻り、ブロック５０４から５１４までの操作をすべての所望の製造作業が完了するまで必要に応じて繰り返され得る。
【００４３】
本明細書において本発明の特定の実施形態について説明および記述したが、上述のように、本発明の精神および範囲から離れることなく多くの変更がなされ得る。従って、本発明の範囲は上記に述べた特定の実施形態の開示によって制限されるべきではなく、本発明は請求項を参照することによって全面的に決定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施形態による検知システムの側面図。
【図２】本発明の別の実施形態による検知システムの側面図。
【図３】本発明のさらに別の実施形態による検知システムの側面図。
【図４】本発明のさらに別の実施形態による代表的な製造アセンブリの等角図。
【図５】本発明の他の実施形態による検知の方法を組み込んだ製造方法のフローチャート。
【図４】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年10月18日(2006.10.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工物上の製造作業のための所望の位置を突き止めるように構成された検知システムであって、
磁界を発生させる磁石と、前記磁界の整形磁界部を提供するように構成された少なくとも１つの磁界誘導部材とを含む第１部分であって、部分的に略球形の部分を含む前記整形磁界部は少なくとも一部が前記加工物を貫通して前記加工物の第２表面を越えて外側に延びる、第１部分と、
前記第２表面を越えて外側に延びる前記整形磁界部の部分的に略球形の部分の少なくとも一部を通って移動可能な磁界センサを含む第２部分であって、前記磁界センサは前記製造作業のための前記所望の位置を示す前記部分的に略球形の部分の特徴を検知するように構成されている、第２部分と、を含む検知システム。
【請求項２】
前記磁石は永久磁石を含む、請求項１に記載の検知システム。
【請求項３】
前記磁石は電磁石を含む、請求項１に記載の検知システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
レール４２２、４２４は１つ以上の接続部材４２８によって接続され、加工物１３０の輪郭に適合するように湾曲し、捩れそして撓むようにされ得る。キャリッジアセンブリ４２０は、キャリッジアセンブリ４２０のＸ軸キャリッジ４６０に載せられレール４２２、４２４と噛み合うローラ４３２によってレール４２２、４２４に沿って移動し得る。特定の実施形態では、各レール４２２、４２４は、ローラ４３２と噛み合うＶ形エッジを持ち、ローラ４３２はレール４２２、４２４のＶ形エッジを受容するＶ形溝を含み得る。別の実施形態では、Ｘ軸キャリッジ４６０は、キャリッジアセンブリ４２０がレール４２２、４２４を移動するとき必要に応じて（すなわち、加工物１３０の輪郭が命ずるままに）撓んだり捩れたりするようにされて、Ｘ軸キャリッジ４３０とローラ４３２との間に制限さ
れた程度の相対移動が生じるのを許すようにするとよい。この結果、キャリッジアセンブリ４２０の基準軸（図示した実施形態では、Ｘ軸キャリッジ４６０の面に垂直なＺ軸）が、レール４２２、４２４に沿ったキャリッジアセンブリ４２０のいかなる位置でも加工物１３０に対してほぼ垂直に維持され得る。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
動作においては、製造アセンブリ４００を加工物１３０上に載置させ、キャリッジアセンブリ４２０を加工物１３０の上方の所望の位置へと移動させ得る。詳しくは、コントローラ４３４が制御信号を第１駆動モータ４４０に伝送して、キャリッジアセンブリ４２０をトラックアセンブリ４１０に沿って駆動させ、また制御信号を第２駆動モータ４８０に伝送して、キャリッジアセンブリ４２０に連結したＹ軸キャリッジ４５０の位置を、例えば、クランプリング４７０によってまたは製造工具４５１を加工物１３０へと接近させる他の適切な構造体によって、調整するようにし得る。
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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