(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形の強磁性のコア（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）であって、その中心軸の周りに一様で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）であって、４つの３軸デジタル磁気コンパスが前記アレイの基板上で正方形の頂点に配置されている、アレイ（１３０）と、
前記３軸デジタル磁気コンパス（２１０）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３軸デジタル磁気コンパスの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）。
【請求項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、請求項１に記載の装置（１１０）。
【請求項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３軸デジタル磁気コンパス（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）は前記磁気ターゲット（１２０）から基準点までのオフセットベクトルを決定し、各３軸デジタル磁気コンパス（２１０）は、ローカル座標系を形成するローカル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、前記基準点は前記アレイの前記基板の中心に位置する開口部の中心に位置し、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）。
【請求項４】
前記プロセッサ（１４０）は、
各３軸デジタルデジタル磁気コンパス（２１０）について、前記磁気ターゲット（１２０）までの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、
前記グローバルＸ−Ｙ平面内での各３軸デジタルデジタル磁気コンパス（２１０）から前記交点までの距離である面内距離を計算し、
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、前記面内距離の統計的尺度は前記面内距離の平均を含み、かつ、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）。
【請求項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、前記グローバルＸ−Ｙ平面から前記磁気ターゲット（１２０）までの距離である、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）。
【請求項６】
前記アレイ（１３０）は更に、前記磁気ターゲット（１２０）から離して配置される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、前記追加のデジタル磁気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）。
【請求項７】
前記磁気ターゲット（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１に記載の装置（１１０）。
【請求項８】
非磁性の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、前記アレイの基板の中心に位置する開口部の中心に位置する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。
【請求項９】
非磁性の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、円筒形の強磁性のコア（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）であって、その中心軸の周りに一様で同心円状の磁界を生成するための磁気ターゲット（１２０）、第１エンドエフェクタ（７２２）、及び、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）、第２エンドエフェクタ、及び、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位置決めシステムを含み、４つの３軸デジタル磁気コンパスが前記センシングアレイの基板上で正方形の頂点に配置されており、
前記第２ロボット（７３０）は更に、前記３軸デジタル磁気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）を含み、前記ベクトルはグローバルＸ−Ｙ平面内にあり、各ベクトルが前記３軸デジタル磁気コンパスの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し、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）。
【請求項１０】
前記第１ロボット（７２０）は前記構造体の前記第１の面から前記磁気ターゲット（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）の上に前記製造ツールを移動するためのオフセットベクトルを計算し、前記オフセットベクトルは前記磁気ターゲット（１２０）から、前記アレイの基板の中心に位置する開口部の中心に位置する基準点までのベクトルである、請求項９に記載のシステムを使用することを含む方法。
【請求項１１】
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１０に記載の方法。
【請求項１２】
非磁性の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、円筒形の強磁性のコア（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）を配置することと、
３軸デジタル磁気コンパスのアレイであって、４つの３軸デジタル磁気コンパスが前記アレイの基板上で正方形の頂点に配置されている、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３軸デジタル磁気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磁気ターゲットから、前記アレイの基板の中心に位置する開口部の中心に位置する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。
【請求項１３】
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面の上でスキャンされる、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
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。
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【発明の概要】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】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。
【図２】アレイの例を示す図である。
【図３】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。
【図４Ａ】方向ベクトルの交点を決定する方法を示す図である。
【図４Ｂ】オフセットベクトルを示す図である。
【図５Ａ】磁気ターゲットの深さを計算する方法を示す図である。
【図５Ｂ】磁気ターゲットの深さを計算する方法を示す図である。
【図６Ａ】磁気ターゲットの例を示す図である。
【図６Ｂ】磁気ターゲットの例を示す図である。
【図６Ｃ】磁気ターゲットの例を示す図である。
【図７】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。
【図８】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。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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  −  Ａ１
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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（∠ＤＰＢ）
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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ＹＰ及びＸＰは、以下のように計算されうる。
ＸＰ  ＝  ｄＡＢ／２  −  ｈ
ＬＡＤ  ＝  ＤＰ２＊ｃｏｓ（Ｄ２）
ＹＰ  ＝  ｄＡＢ／２  ＋  ＬＡＤ
【００３３】
ｄＡＢ／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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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）。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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（ｄＺ）は面内距離とｔａｎ（θ）との積として計算されうる。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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）。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
更に、本開示は下記の条項による実施形態を含む。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。  
【００８２】
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。
【００８３】
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。  
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
0006786257.tif 000010
【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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