(57)【要約】  トラクタビークルと、少なくとも１つのトレーラビークルと、そして前記トラクタビークルと前記トレーラビークルとの間に在って、前記トラクタビークル及び前記トレーラビークルに接触するスキンと、を備えるシステムが開示される。前記トラクタビークル及び前記レーラビークルのうちの一方は、非倒立姿勢で、前記スキンの上方に配置され、そして他方は、倒立姿勢で、前記スキンの下方に配置される。前記トレーラビークルが１つ以上の磁石を備えているのに対し、前記トラクタビークルは、前記トレーラビークルの各対向磁石と磁気結合する１つ以上の磁石を備えている。例えば、前記トラクタビークル及び前記トレーラビークルは、相互に対向する永久磁石を１対１の関係で有することができる。別の構成として、前記トレーラビークルの各永久磁石は、前記トラクタビークルの１つ以上の永久電磁石と対向させることができる。前記トラクタビークルの磁石と前記トレーラビークルの磁石が磁気結合することにより、吸着力が発生する。前記システムは更に、前記トラクタビークル及び前記トレーラビークルが、変化する厚さを有する前記スキンの一部に沿って移動するときに、前記吸着力を或る範囲内に維持する手段を備える。【選択図】図２
2015505769.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トラクタビークル（１２）と、第１トレーラビークル（１４）と、そして前記トラクタビークル（１２）と前記第１トレーラビークル（１４）との間に在って、前記トラクタビークル（１２）及び前記第１トレーラビークル（１４）に接触するスキンと、を備えるシステムであって、前記トラクタビークル及び前記第１トレーラビークル（１４）のうちの一方は、非倒立姿勢で、前記スキンの上方に配置され、そして前記トラクタビークル及び前記第１トレーラビークル（１４）のうちの他方は、倒立姿勢で、前記スキンの下方に配置され、前記第１トレーラビークル（１４）は、第１磁極を備え、前記トラクタビークルは、前記第１トレーラビークル（１４）の前記第１磁極と磁気結合する１つ以上の磁極を備え、そして前記第１トレーラビークル（１４）の前記第１磁極と前記トラクタビークルの前記１つ以上の磁極とが磁気結合することにより、第１吸着力が発生し、前記システムは更に、前記トラクタビークル（１２）及び前記第１トレーラビークル（１４）が、変化する厚さを有する前記スキンの第１部分に沿って移動するときに、前記第１吸着力を第１範囲内に維持する手段を備える、システム。
【請求項２】
更に、前記スキンに接触し、かつ前記スキンに接続されるウェブに接触する第２トレーラビークル（１６）を備え、前記スキンは、前記トラクタビークル（１２）と前記第２トレーラビークル（１６）との間に在って、前記トラクタビークル（１２）及び前記第２トレーラビークル（１６）に接触し、そして前記ウェブは、前記第１トレーラビークル（１４）と前記第２トレーラビークル（１６）との間に在って、前記第１トレーラビークル（１４）及び前記第２トレーラビークル（１６）に接触し、前記第２トレーラビークル（１６）は、第１及び第２磁極を備え、前記第１トレーラビークル（１４）は更に、前記第２トレーラビークル（１６）の前記第２磁極と磁気結合する第２磁極を備え、そして前記トラクタビークル（１２）は、前記第２トレーラビークル（１６）の前記第１磁極と磁気結合する１つ以上の更に別の磁極を備え、前記第２トレーラビークル（１６）の前記第１磁極と前記トラクタビークル（１２）の前記１つ以上の更に別の磁極とが磁気結合することにより、第２吸着力が発生し、前記システムは更に、前記トラクタビークル（１２）及び前記第２トレーラビークル（１６）が、変化する厚さを有する前記スキンの第２部分に沿って移動するときに、前記第２吸着力を第２範囲内に維持する手段を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記トラクタビークル（１２）の２つ以上の磁極が、前記第１トレーラビークル（１４）の前記第１磁極と磁気結合する場合、前記トラクタビークル（１２）の前記磁極群は、前記第１トレーラビークル（１４）の前記第１磁極の極性と逆の極性を有する永久電磁石の磁極である、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
更に、前記スキンの前記第１部分の厚さを測定する手段を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１トレーラビークル（１４）に搭載される非破壊検査センサを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
トラクタビークル（１２）と、第１トレーラビークル（１４）と、そして前記トラクタビークル（１２）と前記第１トレーラビークル（１４）との間に在って、前記トラクタビークル（１２）及び前記第１トレーラビークル（１４）に接触するスキンと、を備えるシステムであって、前記トラクタビークル（１２）及び前記第１トレーラビークル（１４）のうちの一方は、非倒立姿勢で、前記スキンの上方に配置され、そして前記トラクタビークル（１２）及び前記第１トレーラビークル（１４）のうちの他方は、倒立姿勢で、前記スキンの下方に配置され：
前記第１トレーラビークル（１４）は、フレームと、そして前記フレームによって支持される第１磁石と、を備え、そして
前記トラクタビークル（１２）は、フレームと、前記フレームに摺動可能に取り付けられる第１キャリッジと、前記第１キャリッジに搭載される第２磁石と、前記第１キャリッジに連結される第１動力伝達機構と、そして前記第１キャリッジの摺動変位を、前記第１動力伝達機構を介して駆動する第１モータと、を備え、前記第１及び第２磁石は、磁気結合して第１吸着力を発生させる逆極性の磁極を有し、前記システムは更に：
前記第１吸着力の絶対値と既知の関係を有する第１変数の現在値を測定する装置と、
前記第１モータを制御して、前記第１キャリッジを或る量だけ変位させて、前記第１吸着力の絶対値を第１範囲内に維持するようにプログラムされるコントローラと、を備え、前記変位量は、前記第１変数の前記現在値の関数である、システム。
【請求項７】
前記測定装置は、前記トラクタビークル（１２）または前記第１トレーラビークル（１４）のいずれかのフレームに回転可能に取り付けられるエンコーダホイールを備える、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記測定装置は、前記第１キャリッジと前記第２磁石との間に配置される力センサを備える、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記トラクタビークル（１２）は更に、第３磁石を備え、そして前記第１キャリッジは、互いに対して横方向に変位可能な第１及び第２磁石トロリーを備え、前記第２磁石は前記第１磁石トロリーに搭載され、そして前記第３磁石は前記第２磁石トロリーに搭載される、請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
更に、前記スキンに接触し、かつ前記スキンに接続されるウェブに接触する第２トレーラビークル（１６）を備え、前記スキンは、前記トラクタビークル（１２）と前記第２トレーラビークル（１６）との間に在って、前記トラクタビークル（１２）及び前記第２トレーラビークル（１６）に接触し、そして前記ウェブは、前記第１トレーラビークル（１４）と前記第２トレーラビークル（１６）との間に在って、前記第１トレーラビークル（１４）及び前記第２トレーラビークル（１６）に接触し、前記第２トレーラビークル（１６）は、第３及び第４磁石を備え、前記第１トレーラビークル（１４）は更に、前記第２トレーラビークル（１６）の前記第３磁石の磁極と磁気結合する磁極を有する第５磁石を備え、そして前記トラクタビークル（１２）は更に、前記フレームに摺動可能に取り付けられ、かつ少なくとも１つの磁石を搭載するように構成される第２キャリッジと、前記第２キャリッジに搭載される第６磁石と、前記第２キャリッジに連結される第２動力伝達機構と、そして前記第２キャリッジの摺動変位を、前記第２動力伝達機構を介して駆動する第２モータと、を備え、前記第４及び第６磁石は、磁気結合して第２吸着力を発生させるそれぞれの磁極を有し、前記システムは更に、第２変数の値を測定する装置を備え、前記第２吸着力は、前記第２変数の関数であり、そして前記コントローラを更にプログラムして、前記第２モータを制御することにより、前記第２キャリッジを或る量だけ変位させて、前記第２吸着力を第２範囲内に維持し、前記第２キャリッジの前記変位量は、前記第２変数の前記測定値の関数である、請求項７に記載のシステム。
【請求項１１】
トラクタビークル（１２）に搭載される第１磁石の磁極をトレーラビークルに搭載される第２磁石の磁極と、可変厚さをビークル走行経路に沿って有する中間スキンを介して磁気結合させる方法であって：
前記トラクタビークル（１２）及び前記トレーラビークルのうちの一方を非倒立姿勢で、車輪を前記スキンの上部表面に接触させた状態で配置することと、
前記トラクタビークル（１２）及び前記トレーラビークルのうちの他方を倒立姿勢で、車輪を前記スキンの下部表面に接触させた状態で、かつ前記第１及び第２磁石を互いに磁気結合させた状態で配置することと、
前記トラクタビークル（１２）を前記ビークル走行経路に沿って、前記トレーラビークルを前記トラクタビークルに磁気結合させた状態で駆動することと、
前記トラクタビークル（１２）が前記ビークル走行経路に沿って走行するときの前記第１磁石の垂直方向位置を調整することと、を含み、前記調整量は、前記スキン厚さが前記ビークル走行経路に沿って変化するときに、前記第１磁石と前記第２磁石との間の吸着力を或る範囲内に維持するように選択される、方法。
【請求項１２】
更に、治具またはセンサを前記トレーラビークルに取り付けることを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１３】
トラクタビークル（１２）に搭載される永久電磁石配列をトレーラビークルに搭載される永久磁石と、可変厚さをビークル走行経路に沿って有する中間スキンを介して磁気結合させる方法であって：
前記トラクタビークル（１２）及び前記トレーラビークルのうちの一方を非倒立姿勢で、車輪を前記スキンの上部表面に接触させた状態で配置することと、
前記トラクタビークル（１２）及び前記トレーラビークルのうちの他方を倒立姿勢で、車輪を前記スキンの下部表面に接触させた状態で、かつ前記永久磁石の磁極を、少なくとも１つの永久電磁石の磁極と磁気結合させた状態で配置することと、
前記トラクタビークル（１２）を前記ビークル走行経路に沿って駆動することと、
前記配列の永久電磁石群の個数を調整することと、を含み、これらの永久電磁石は、前記トラクタビークル（１２）が前記ビークル走行経路に沿って走行するときに作動状態になり、前記配列の作動永久電磁石群の前記個数に対する前記調整は、前記トラクタビークル（１２）の前記永久電磁石配列と前記トレーラビークルの前記永久磁石との間の吸着力が、前記スキン厚さが前記ビークル走行経路に沿って変化するときに、或る範囲内に維持されるように行なわれる、方法。
【請求項１４】
更に、治具またはセンサを前記トレーラビークルに取り付けることを含む、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は概して、非破壊評価（ＮＤＥ）及び他の種類の治具に使用されるセンサ（これに限定されないが）を含む積載物のような積載物を表面に沿って搬送するシステムに関するものである。詳細には、本開示は、ＮＤＥセンサのような治具を、接近が制限される長いトンネル状通路及び領域を通って搬送するリモート操作システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
構造物の非破壊検査では、構造物を全て、構造物を傷付けることなく、または構造物を大規模に解体する必要を伴なうことなく検査する。非破壊検査は、構造物の外部及び／又は内部を全て検査する必要がある多くの用途において有利である。例えば、非破壊検査は、航空機産業において広く利用されて、航空機構造物を、構造物に対する全ての種類の内部損傷または外部損傷について検査する。日常的に非破壊検査される構造物の中でもとりわけ、複合材構造物がある。従って、多くの場合、複合材構造物を検査して、複合材構造物の性能に悪影響を及ぼしてしまう亀裂、ボイド、または穴のような不具合が発生していないことを確認することが望ましい。
【０００３】
種々の種類のセンサを利用して、非破壊検査を実施することができる。１つ以上のセンサは、検査対象の構造物に沿って移動させることができ、そして構造物に関するデータを受信することができ、このデータから内部不具合を特定することができる。これらのセンサによって取得されるデータは通常、処理要素によって処理され、そして処理後のデータは、ユーザにディスプレイを介して提示することができる。
【０００４】
検査を必要とする構造物の形状部位への接近可能性が、非破壊検査装置を選択する際の１つの注意事項である。検査を必要とする構造物の形状部位への接近が、非常に制限されると、技術者による手動検査が不可能になる。接近が制限される構造物の１つの例が、翼構造の内部ジョイントである。更に詳細には、最終ジョイントによって発生し、かつ翼の最終構造セクションを取り付けるときに生じる接着ラインが、構造物への接近が制限される形状部位の例である。最終ジョイントのような構造物への接近が制限される形状部位は、完全に検査することが難しい。
【０００５】
接近が制限される構造物の別の例が、航空機の複合材製水平尾翼の内部構造物である。超音波ＮＤＥセンサを使用して、“ｓｐａｒｓ（スパー）”と呼ばれる水平尾翼の内部垂直支持部材またはウェブ、及び各スパーと上側スキン及び下側スキンとの間の隅肉接合部を検査することができる。この種類の検査を行なう場合、これらのＮＤＥセンサは、検査対象の領域の表面に接触するように配置する必要がある。検査を実施するに当たっての主要な解決課題のうちの１つの解決課題は、注目領域を、水平尾翼を組み立てた後に検査しなければならないことであり、これにより、これらの領域の殆どが、接近して検査するのが困難になっている。
【０００６】
接近が困難な空間内の形状部位の検査に使用される磁気結合システムが知られている。１つのこのようなシステムは、スキンまたはパネルの１つの表面に載って走行するモータ駆動牽引“トラクタ”ビークルを備え、当該トラクタは、同じスキンまたはパネルの別の表面に載って走行する１つ以上の受動“トレーラ”ビークルと磁気結合する。スキンまたはパネルの反対側表面に載って走行するビークルまたはビークル群は、逆さまになる可能性がある。この種類の磁気結合システムの場合、トラクタビークルがトレーラビークル（群）を所望の経路に沿って引っ張る。
【０００７】
これまでの公知の磁気結合システムでは、結合磁石群が、複数の北極−南極ペアを、トラクタビークル上、及びトレーラビークル上で構成するように、好ましくは互いに十分接近して配置されて、少なくとも倒立ビークル（群）の重量に安全マージンを加えた重量に等しい吸着力を付与するようにする。磁石ペアは、法線力及び接線（せん断）力の両方を、内側ビークルと外側ビークルとの間に発生させる。これらの磁石は、スキンまたはパネルに触れることはないが、その代わり、該当するビークルの接触先の表面から一定距離に保持される。各ペアのこれらの結合磁石の対向磁極の間の離間量が、表面の法線方向の取り付け力の大きさ、及び接線方向のせん断力の大きさを決定する。磁気結合システムの吸着力は離間距離の二乗に反比例するので、これらの磁石磁極の間の距離に非常に僅かな変化が生じるだけで、大きな変化が吸着力に生じる。
【０００８】
磁気結合システム（少なくとも１つの倒立ビークルを含む）の取り付け先のスキンまたはパネルの厚さが、検査対象の構造物の一方の端部から他方の端部に進むにつれてかなりの程度変化する場合に問題が生じる。磁力は、倒立ビークル（群）がスキン表面に接触したままの状態を保つために十分強い必要があるが、磁力が強過ぎて、極めて大きな摩擦抵抗及び転がり抵抗が生じて、駆動モータが抵抗に打ち勝つことができないようになってはならない。更に、車輪に過剰な力が加わって、スキン表面を損傷する虞がある。これらの制約を満たすためには、磁石離間距離を、かなり厳しく定められた許容誤差に収まるように設定する必要がある。
【０００９】
ビークルが構造物の一方の端部から他方の端部に移動するときの結合磁石群の間の吸着力を能動的に制御して、当該構造物の中間パネルの可変厚さに自動的に合わせることができるシステムが必要である。
【発明の概要】
【００１０】
本明細書において開示されるシステムは、ビークル群が構造物の一方の端部から他方の端部に移動するときの結合磁石群の間の吸着力を、中間構造の可変の厚さに自動的に合わせるように、能動的に制御するシステムを提供することにより、上記必要性を満たし、そして他の利点を達成する。
【００１１】
例えば、複合材料により形成される航空機水平尾翼では、スキン厚さは、構造物の一方の端部から他方の端部に向かってかなりの変化が認められる。水平尾翼の機内側（厚い方の）の端部に取り付けられるビークルを倒立姿勢で丁度辛うじて維持することができるように磁石離間量を設定すると、極めて大きな力が他方の（薄い方の）端部に発生して、場合によっては、複合材料を傷付けてしまう。
【００１２】
この問題を解決するために、本明細書において開示されるシステムは、能動“トラクタ”ビークルを受動“トレーラ”ビークルと結合させるために使用される磁石群の間の吸着力の絶対値を能動的に調整する。システムが可変厚さのスキンに沿って移動するとき、センサデータを制御システムが使用して、これらのビークル間の適切な吸着力を求めることにより、磁気結合システムを可変のスキン厚さに自動的に適合させることができる。
【００１３】
本明細書における教示の１つの態様によれば、トラクタビークルと、トレーラビークルと、そして前記トラクタビークルと前記トレーラビークルとの間に在って、前記トラクタビークル及び前記トレーラビークルに接触するスキンと、を備えるシステムが提供され、前記トラクタビークル及び前記トレーラビークルのうちの一方は、非倒立姿勢で、前記スキンの上方に配置され、そして前記トラクタビークル及び前記トレーラビークルのうちの他方は、倒立姿勢で、前記スキンの下方に配置され、前記トレーラビークルは、１つ以上の磁石（各磁石は、２つの磁極を有する）を備え、前記トラクタビークルは、前記トレーラビークルの各対向磁極と磁気結合する１つ以上の該当磁石を備え、そして前記トラクタビークルの前記磁極と前記トレーラビークルの前記磁極とが磁気結合することにより吸着力が発生し、前記システムは更に、前記トラクタビークル及び前記トレーラビークルが、変化する厚さを有する前記スキンの一部に沿って移動するときに、前記吸着力を或る範囲内に維持する手段を備える。
【００１４】
別の態様は、トラクタビークルと、トレーラビークルと、そして前記トラクタビークルと前記第１トレーラビークルとの間に在って、前記トラクタビークル及び前記トレーラビークルに接触するスキンと、を備えるシステムであり、前記トラクタビークル及び前記トレーラビークルのうちの一方は、非倒立姿勢で、前記スキンの上方に配置され、そして前記トラクタビークル及び前記トレーラビークルのうちの他方は、倒立姿勢で、前記スキンの下方に配置され：前記トレーラビークルは、フレームと、そして前記フレームによって支持される少なくとも１つの磁石と、を備え、そして前記トラクタビークルは、フレームと、前記フレームに摺動可能に取り付けられるキャリッジと、前記キャリッジに搭載される少なくとも１つの磁石と、前記キャリッジに連結される動力伝達機構と、そして前記キャリッジの摺動変位を、前記動力伝達機構を介して駆動するモータと、を備え、前記磁石群は、磁気結合して吸着力を発生させ、前記システムは更に：前記吸着力の絶対値と既知の関係を有する変数の現在値を測定する装置と、そして前記モータを制御して、前記キャリッジを或る量だけ変位させて、前記吸着力の絶対値を或る範囲内に維持するようにプログラムされるコントローラと、を備え、前記変位量は、前記変数の前記現在値の関数である。
【００１５】
更に別の態様は、トラクタビークルに搭載される第１磁石の磁極をトレーラビークルに搭載される第２磁石の磁極と、可変厚さをビークル走行経路に沿って有する中間スキンを介して磁気結合させる方法であり、該方法は：前記トラクタビークル及び前記トレーラビークルのうちの一方を非倒立姿勢で、車輪を前記スキンの上部表面に接触させた状態で配置することと；前記トラクタビークル及び前記トレーラビークルのうちの他方を倒立姿勢で、車輪を前記スキンの下部表面に接触させた状態で、かつ前記第１及び第２磁石を互いに磁気結合させた状態で配置することと；前記トラクタビークルを前記ビークル走行経路に沿って、前記トレーラビークルを前記トラクタビークルと磁気結合させた状態で駆動することと；前記トラクタビークルが前記ビークル走行経路に沿って走行するときの前記第１磁石の垂直方向位置を調整することと、を含み、前記調整量は、前記スキン厚さが前記ビークル走行経路に沿って変化するときに、前記第１磁石と前記第２磁石との間の吸着力を或る範囲内に維持するように選択される。このような方法は更に、治具またはセンサを前記トレーラビークルに取り付けることを含むことができる。
【００１６】
更に別の態様は、トラクタビークルに搭載される永久電磁石配列をトレーラビークルに搭載される永久磁石と、可変厚さをビークル走行経路に沿って有する中間スキンを介して磁気結合させる方法であり、該方法は：前記トラクタビークル及び前記トレーラビークルのうちの一方を、非倒立姿勢で、車輪を前記スキンの上部表面に接触させた状態で配置することと；前記トラクタビークル及び前記トレーラビークルのうちの他方を、倒立姿勢で、車輪を前記スキンの下部表面に接触させた状態で、かつ前記永久磁石の磁極を、少なくとも１つの永久電磁石の磁極と磁気的に結合させた状態で配置することと；前記トラクタビークルを前記ビークル走行経路に沿って、前記トレーラビークルを前記トラクタビークルと磁気結合させた状態で駆動することと；前記配列の永久電磁石群の個数を調整することと、を含み、これらの永久電磁石は、前記トラクタビークルが前記ビークル走行経路に沿って走行するときに作動状態になっている。前記スキン厚さが前記ビークル走行経路に沿って変化するときに、作動状態になっている前記配列の永久電磁石群の前記個数に対する前記調整を行なうことにより、吸着力を或る範囲内に維持することができる。このような方法は更に、治具またはセンサを前記トレーラビークルに取り付けることを含むことができる。
【００１７】
更に別の態様は、表面ビークルであり、該表面ビークルは：フレームと；前記フレームに対して回転可能な複数の車輪と；前記フレームに対して回転可能な駆動輪と；前記駆動輪に連結される第１動力伝達機構と；前記駆動輪の回転を、第１動力伝達機構を介して駆動する第１モータと；前記フレームに摺動可能に取り付けられるキャリッジと；前記キャリッジに搭載される磁石と；前記キャリッジに連結される第２動力伝達機構と；そして前記キャリッジの摺動変位を、前記第２動力伝達機構を介して駆動する第２モータと、を備え、前記磁石は、第２モータが作動すると、前記フレームに対して変位可能となる。前記表面ビークルは更に：前記フレームに摺動可能に取り付けられる第２キャリッジと；前記第２キャリッジに搭載される第２磁石と；前記第２キャリッジに連結される第３動力伝達機構と；そして前記第２キャリッジの摺動変位を、前記第３動力伝達機構を介して駆動する第３モータと、を備える。更には、前記表面ビークルは更に、第２磁石を備えることができ、前記第１キャリッジは、互いに対して横方向に変位可能な第１及び第２磁石トロリーを備え、前記第１磁石は前記第１トロリーに搭載され、そして前記第２磁石は前記第２トロリーに搭載される。
【００１８】
更に別の態様は、表面ビークルであり、該表面ビークルは：フレームと；前記フレームに対して回転可能な複数の車輪と；前記フレームに対して回転可能な駆動輪と；前記駆動輪に連結される動力伝達機構と；前記駆動輪の回転を、前記動力伝達機構を介して駆動するモータと；前記フレームに取り付けられる永久電磁石配列と；そし制御信号に応答して、前記配列の１つ以上の永久電磁石を選択的に作動させる反転コイルスイッチングユニットと、を備える。前記表面ビークルを備えるシステムは更に、前記制御信号群を前記表面ビークルの前記反転コイルスイッチングユニットに送信するコントローラを備えることができ、前記コントローラをプログラムして、前記スイッチングユニットが、前記配列の第１永久電磁石部分集合を作動させ、そしてその後、前記第１部分集合とは異なる前記配列の第２永久電磁石部分集合を作動させるようにする。
【００１９】
他の態様は、以下に開示される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、複数の垂直壁またはウェブ（以後、水平尾翼の検査を説明するときは、“ｓｐａｒｓ”と表記する）を介して接続される上側及び下側スキンまたはパネルを有する航空機の一般的な水平尾翼の一部を正投影視で示す図である。
【図２】図２は、１つの実施形態による適応的な磁気結合を行なう手段を有するトラクタ−トレーラ構成を側面視で示す図である。第２トレーラビークルは図２では見えない。図２の左側は、トレーラビークルが倒立姿勢になる検査シナリオを示しているのに対し、右側は、トラクタビークルが倒立姿勢になる検査シナリオを示している。
【図３】図３は、図２の左側に図示されるトラクタ−トレーラ構成を端面視で示す図である（該当する倒立姿勢のトレーラビークル群は、スパーの両方の側面に配置される）。
【図４】図４は、トラクタ−トレーラ構成が左から右に、同じ方向に薄くなっていく厚さを有する上側スキンに沿って移動するときのトラクタ搭載磁石群の垂直方向位置を調整する手段を有するトラクタ−トレーラ構成を側面視で示す図である。
【図５】図５は、別の実施形態によるトラクタを側面視で示す図である。
【図６】図６は、１つの実施形態による、トラクタ搭載磁石群が対向するトレーラ搭載磁石群から離間する距離に応じて上昇させるか、または下降させることができるトラクタ搭載磁石キャリッジを等角視点から示す図である。図６は、進出位置にある磁石キャリッジを示している。アクチュエータモータ群は図示されていない。
【図７】図７は、１つの実施形態による、トラクタ搭載磁石群が対向するトレーラ搭載磁石群から離間する距離に応じて上昇させるか、または下降させることができる構成のトラクタ搭載磁石キャリッジを等角視点から示す図である。図７は、退避位置にある磁石キャリッジを示している。アクチュエータモータ群は図示されていない。
【図８】図８は、１つの実施形態によるトレーラビークル及びトラクタビークルを結合させるために使用される吸着磁石群の離間量を調整するプロセスにおいて実行される操作を示すフローチャートである。
【図９】図９は、ホイール回転エンコーダがトレーラ位置情報を供給する構成の１つの実施形態によるモータ制御システムを示すブロック図である。
【図１０】図１０は、力センサが吸着力情報を供給する構成の別の実施形態によるモータ制御システムを示すブロック図である。
【図１１】図１１は、別の実施形態によるトラクタの磁石群の横方向離間移動案内機構を有する磁石キャリッジを等角視点から示す図である。
【図１２】図１２は、図１１に示す横方向離間移動案内機構を組み込んだトラクタの一部を上面視で示す図である。図１２は、最小横方向距離だけ離間する２つの磁石ペアを示している。
【図１３】図１３は、図１１に示す横方向離間移動案内機構を組み込んだトラクタの一部を上面視で示す図である。図１３は、最大横方向距離だけ離間する同じ磁石ペア群を示している。
【図１４】図１４は、別の実施形態によるトラクタビークルに取り付けられてトレーラビークルの対向永久磁石と磁気結合するために適する永久電磁石配列を等角視点から示す図である。
【図１５】図１５は、図１４に図示される永久電磁石配列の南極−北極を底面視で示す図である。
【図１６】図１６は、更に別の実施形態によるトラクタビークルに取り付けられて２つのトレーラビークルの対向永久磁石と磁気結合するために適する複数の永久電磁石配列を等角視点から示す図である。
【図１７】図１７は、図１６に図示される複数の永久電磁石配列の南極−北極を底面視で示す図である。
【図１８】図１８は、更に別の実施形態による永久電磁石配列に用いられ、かつ位置データ及び厚さデータを使用する磁石制御システムを示すブロック図である。
【図１９】図１９は、更に別の実施形態による永久電磁石配列に用いられ、かつ力データを使用する磁石制御システムを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以後、異なる図面における同様の構成要素群に同じ参照番号が付されている図面を参照する。
【００２２】
例示のために、接近が制限される長いトンネル状通路及び領域（航空機の水平尾翼の内部のような）を検査することができる自動非破壊検査（ＮＤＩ）ビークルの種々の実施形態について以下に説明する。しかしながら、以下に開示される教示は、非破壊検査以外の分野にも適用することができることを理解されたい。詳細には、本明細書において開示される種類の磁気結合トレーラビークルは、カメラ群、治具群、塗工装置、レーザマーキングシステム、ロボットアームマニピュレータ、または他の装置を、接近が制限される空間内で運ぶことができる。
【００２３】
本明細書において開示される広い考え方では、磁気結合するトラクタビークルとトレーラビークルとの間の吸着力を、中間スキンの厚さが、結合ビークル群の走行経路に沿って変化するときに適切に設定する。この考え方は、トラクタビークルと、トレーラビークルと、そしてトラクタビークルとトレーラビークルとの間に在って、トラクタビークル及びトレーラビークルに接触するスキンと、を備えるシステムにおいて実施されている。トラクタビークル及びトレーラビークルのうちの一方のビークルは、非倒立姿勢でスキンの上方に配置され、そして他方のビークルは、倒立姿勢でスキンの下方に配置される。トレーラビークルが、１つ以上の磁石を備えているのに対し、トラクタビークルは、トレーラビークル上の各磁石に磁気結合する１つ以上の該当する磁石を備えている。例えば、トラクタビークル及びトレーラビークルは、相互に対向する永久磁石を１対１の関係で有することができる。別の構成として、トレーラビークル上の各永久磁石には、トラクタビークル上の１個の永久磁石ではなく、１つ以上の永久電磁石を対向させることができる。トラクタビークル上の磁石とトレーラビークル上の磁石との間の磁気結合により吸着力が発生する。当該システムは更に、トラクタビークル及びトレーラビークルが、変化する厚さを有するスキンの一部に沿って移動するときに、吸着力を或る範囲内に維持する手段を備える。次に、特定の実施形態について説明するが、これらの実施形態は、複合材料により形成される水平尾翼の非破壊検査、及び接近が制限される長いトンネル状通路及び領域を有する他の複合材料製の航空機部品（例えば、垂直尾翼及び主翼）の非破壊検査に使用されるように特別に設計されたものである。
【００２４】
１つの実施形態によれば、超音波ＮＤＩセンサを使用して水平尾翼を検査する。航空機について理想的に表わした水平尾翼２の一部が図１に図示されている。図示の水平尾翼は、上側スキン４と、下側スキン６と、そして“ｓｐａｒｓ（スパー）”と呼ばれる複数の内部垂直支持部材またはウェブ８と、を備え、これらの部材またはウェブは、上側スキン及び下側スキンに、隅肉接合部群１０（これらのスパーのうちの３つだけが図１に見えている）を介して接合される。この種類の検査の場合、これらのＮＤＩセンサは、図１に見える中空構造物の内部に配置されるトレーラビークル（図１には示さず）に搭載される。これらのＮＤＩセンサは、自動トラクタビークル（図１には示さず）がトレーラビークルを注目領域の該当する表面に沿って移動させている状態で、検査対象表面に音響結合する必要がある。
【００２５】
図２は、２つの異なる検査状況（モータアクチュエータは図示されていない）におけるトラクタ−トレーラ構成の側面図を示している。自動ＮＤＩ検査システムは、水平尾翼２の上側スキン４または下側スキン６の外側表面に載って走行するトラクションモータ駆動トラクタビークル１２と、そして上側スキンまたは下側スキンの内側表面に沿って走行する受動トレーラビークルペア（トレーラビークル１４のみが、図２に見えており、他のビークルはスパー８の後ろに隠れている）と、を備える。図２の左側は、トラクタビークル１２が、水平尾翼の外部で非倒立姿勢になっているのに対し、これらのトレーラビークルは水平尾翼の内部で倒立姿勢になっている検査シナリオを示しており；図２の右側は、トラクタビークル１２が、水平尾翼の外部で倒立姿勢になっているのに対し、これらのトレーラビークルは水平尾翼の内部で非倒立姿勢になっている検査シナリオを示している。図３は、図２の左側に図示されるトラクタ−トレーラ構成の端面図を示しており、この場合、倒立姿勢のトレーラビークル１４及び１６は、スパー８の両側の側面に配置されている。
【００２６】
図３に図示される検査シナリオでは、そして図２の左側では、トラクタビークル１２の従動輪１８が、上側スキン４の外側表面に接触して、外側表面を転動するのに対し、倒立姿勢のトレーラビークル１４及び１６の従動輪２０（このような従動輪は、各トレーラビークルに対応して１つだけ図３に見えている）は上側スキン４の内側表面に接触して、内側表面を転動する。図２の右側は、倒立姿勢のトラクタビークル１２の従動輪１８が、下側スキン６の外側表面に接触して、外側表面を転動するのに対し、トレーラビークル１４の従動輪２０（及び、更に図２には見えないトレーラビークル１６の従動輪）は下側スキン６の内側表面に接触して、内側表面を転動する。
【００２７】
図２及び３に部分的に図示される実施形態によれば、トラクタビークル１２はフレーム２４を備える。４つの従動輪１８（これらの従動輪のうちの２つだけが図２及び３の各図に見えている）は、フレーム２４に従来の方法で回転可能に取り付けられる。これらの従動輪１８は、プラスチックにより形成され、そして平滑な接触面を有する。トラクタビークルの移動は、駆動輪２６（これもまた、フレーム２４に回転可能に取り付けられる）を駆動して回転させることにより可能になる。後で図９を参照して更に詳細に説明されるように、駆動輪２６はモータ３０に動力伝達装置３２を介して連結される。駆動輪２６はフレーム２４に配置されて、駆動輪２６がスキン４または６に、従動輪１８が同じスキンに接触しているときに摩擦接触するようにしている。駆動輪は合成ゴム材料により形成される。駆動輪の表面は、トレッドパターンを有することができる。更に、トラクタビークル１２は、複数の永久磁石２８を搭載している。各永久磁石２８は、図面中の文字“Ｎ”及び“Ｓ”でそれぞれ指示される北極及び南極を有する。
【００２８】
図２及び３を参照し続けると、各トレーラビークル１４，１６はフレーム３４を備える。各トレーラビークルに関して、２つの垂直従動輪２０（これらの垂直従動輪２０のうちの１つだけが図３に見えている）、及び４つの水平従動輪２２（これらの水平従動輪２２のうちの２つだけが図３に見えている）は、フレーム３４に従来の方法で回転可能に取り付けられる。これらの従動輪２０及び２２は、プラスチックにより形成され、そして平滑な接触面を有する。従動輪２０及び２２は、上側スキン４（図２の左側を参照）、または下側スキン６（図２の右側を参照）の内側表面に圧接する。トレーラビークル１４の従動輪２２が、スパー８の一方の側面に圧接するのに対し、トレーラビークル１６の従動輪２２は、スパー８の反対側の側面に圧接する。更に、各トレーラビークル１４，１６は、垂直に装着した複数の永久磁石３６を搭載し、これらの永久磁石３６の北極は、トラクタビークル１２に搭載される対面永久磁石群２８の南極と磁気結合する（別の構成として、磁石２８及び３６の幾つか、または全てを逆向きにして、磁石群３６の南極を磁石群２８の北極と磁気的に結合させることができる）。図２及び３に表わされる設計では、各トレーラは、垂直に装着した２つの永久磁石３６を有するが、他の設計では、異なる構造を用いることができる。
【００２９】
図３から分かるように、トラクタビークル１２と磁気結合する他に、トレーラビークル１４及び１６は互いに、更に別のセットの永久磁石３８及び４２を用いて磁気結合する。図２から分かるように、トレーラビークル１４は、水平に装着した４つの永久磁石３８を搭載している。トレーラビークル１６も、水平に装着した４つの永久磁石４２を搭載しており（これらの永久磁石４２のうちの２つだけが図３に見えている）、これらの永久磁石の磁極は、トレーラビークル１４の永久磁石群３８の対向磁極とそれぞれ磁気結合する。図２及び３に示す実施形態では、トレーラビークル１４の永久磁石群３８の北極は、トレーラビークル１６の永久磁石群４２の南極と磁気結合して吸着力を生じ、この吸着力で、トレーラビークル１４及び１６の従動輪２２を、中間スパー８（図３に示す）の両側の側面に接触保持する。
【００３０】
図２から分かるように、トレーラビークル１４は更に、積載物４０を搭載している。図２及び３に示すＮＤＩシナリオでは、積載物４０は、トレーラビークル１４の従動輪２２の接触先のスパー８の内側表面に音響結合する超音波ＮＤＩセンサまたはセンサアレイである。例えば、被検査領域に水を噴射して、超音波センサ（群）をスパー８に音響結合させることができる。磁気結合システムは、水を用いた動作を当該環境において行なうために非常に適している。
【００３１】
トラクタビークルを駆動して上側スキンまたは下側スキンの外側表面の所望経路に沿って走行させるとき、当該トラクタビークルは、内側のトレーラビークル群を引っ張って、これらのトレーラビークルが走行につられて引っ張られるようになる。上に説明した磁気結合システムは、倒立姿勢のビークル（群）が、当該ビークルが載って走行する表面に接触する状態を保持する。水平尾翼に適用する場合、２つの磁気結合トレーラビークルを使用することができ、１つのトレーラビークルが、図３に示すように、スパー８の各側面に位置する。これにより、当該システムは、被調査物体の内部構造をガイドとして利用することができることにより、当該システムは、当該表面に沿った正しい追跡を行なうことができる。
【００３２】
図２及び３に部分的に図示されるシステムは更に、中間スキンまたはパネル（すなわち、上側スキン４または下側スキン６）の可変の厚さに、トラクタビークルの磁石群（この磁石の移動は、図２の双頭矢印で指示される）を、トラクタビークルが検査対象の構造物に沿って移動しているときに上昇させるか、または下降させることにより、自動的に合わせる手段（図２及び３には図示されず）を備える。トレーラビークルの結合磁石及びトラクタビークルの結合磁石の各ペアの対向磁極の間の離間量は、スキンまたはパネルの法線方向の吸着量、及び接線方向のせん断力を決定する。トラクタビークル磁石群をまとめて上昇または下降させる手段の特定の実施形態は、図６及び７を参照して後で説明される。この磁石変位機能により、当該システムは、スキン厚さの変化の影響を自動的に無くすことができ、この変化の影響が無くならない場合には、この変化によって、トラクタビークル／トレーラビークルを結合させる吸着力の不所望な変化が生じる。
【００３３】
図４は、ビークルが左から右に、同じ方向に小さくなっていく厚さを持つ上側スキン４に沿って移動するときの、図２及び３に示すトラクタ−トレーラ構成の側面図を示している。トラクタビークルが矢印Ａで指示される方向に移動しているとき、それぞれのペアの磁石群２８は、図４の矢印Ｂで指示されるように、トラクタビークル１２のフレーム２４に対して上方に個別に変位する。図４の左側に示す位置及び状態では、トラクタビークル１２の磁石群２８は、トレーラビークル１４、及び図４には見えない他方のトレーラビークルの対向磁石群３６から、理想的にはＨに等しい距離だけ離間している。従って、これらのトレーラは左から右に移動し、この走行時間中、トラクタビークル１２の磁石群２８の垂直方向位置が調整されて（すなわち、上方に変位して）スキン厚さの減少の影響を無くす。この結果、図４の右側に示す位置及び状態では、トラクタビークル１２の磁石群２８は、これらのトレーラビークルの磁石群３６から、スキン厚さが変化するのにもかかわらず、同じ距離Ｈだけ離間する。調整量は、アルゴリズムを用いて算出され、このアルゴリズムでは、まず、相互に対向するペアの磁石２８及び３６により生じる吸着力の絶対値と既知の関係を有する変数の現在値を求め、そして次に、トラクタビークル磁石２８を変位させて吸着力の絶対値を事前設定範囲に収める必要がある量を求める。同じ原理は、相互に対向するグループペアの磁石群に当てはめることができる。トラクタビークル１２に搭載される永久磁石群２８は、磁石離間距離に応じて個々に移動させるか、またはグループで移動させることができる。例えば、トラクタビークル１２の前方ペアの磁石群２８、及び後方ペアの磁石群２８は、後方ペアの磁石群の現在位置と比較したときの前方ペアの現在位置におけるスキン厚さの差を考慮に入れて、垂直方向に異なる量だけ変位させることができる。
【００３４】
図２〜４は、トラクタビークルが４個の永久磁石を搭載しているのに対し、各トレーラビークルは６個の永久磁石を搭載している状態のトラクタ−トレーラ構成を示している。１つの実施形態によれば、トラクタビークルの４個の永久磁石は、個別に垂直方向に変位させることができる。他の実施形態によれば、トラクタビークルの複数の磁石は、グループにまとめることができ、そして１個のモータで作動させて、磁気結合ユニットを形成することができる。更に別の実施形態では、トラクタビークルは、個々に制御される複数の磁気結合ユニット、例えば図５に示す磁石グループ１及び２を有することができる。１つの実施形態では、トラクタビークルは、８個の磁石を４個の２グループに分けて搭載し、４個磁石のそれぞれのグループは、個々に垂直方向に変位させることができる。この構成を実現する装置は、図６及び７を参照して後で説明される。
【００３５】
実際には、３ビークル作動システムに必要な永久磁石群の最小数は、トラクタビークルについて２個、そして各トレーラビークルについて２個である。例えば、水平方向磁気結合が（スパーを挟んで）行なわれる場合、２つのトレーラが、磁石を１個だけ中央に置いて結合する（トレーラが１つ、スパーのいずれの側面にも位置する）状態を保つことができる。しかしながら、垂直方向磁気結合を行なって、完全に接続されるシステムを構築するためには、依然として、２個の磁石がトラクタビークルに、そして１個の磁石が各トレーラに必要となる。これにより、３ビークル設定では、合計で６個の磁石ということになる。
【００３６】
図５に示す実施形態によれば、トラクタビークル１２は、矩形配列された２組の４個の永久磁石をそれぞれ搭載している。各グループの磁石が２個だけ、図５に図示されている。これらの磁石ペアの各磁石ペアは、永久磁石４４及び４６からなるペアを含み、これらの永久磁石は、強磁性金属合金により形成される該当プレート４８を介して電磁結合し、このプレート４８は、磁気回路を２つの永久磁石４４と４６との間に接続する磁石保持部材として機能する。各ペア内では、永久磁石４４が、当該永久磁石の北極を上にして搭載されるのに対し、永久磁石４６は、当該永久磁石の北極を下にして搭載される。各プレート４８は、これらの逆極性磁極を接続する。北極−南極をこのように交互に配置することにより、システムの磁石保持強度を、プレート群４８を接続しないシステムと比較して高めることができる。
【００３７】
トラクタビークル１２の調整可能な磁気結合システムのハードウェア要素は、磁石群、支持構造（例えば、剛性フレーム）、及びモーション駆動装置を含む。これらの永久磁石は、希土類ネオジム永久磁石とすることができるが、他の種類の永久磁石、電磁石、または永久電磁石を用いることもできる。希土類磁石は、磁石ペア群が、互いに極めて接近する場合に大きな力を発生させることができるが、このためには、閉じ込め構造及びモーションアクチュエータ（すなわち、ステッパモータ）が、動作中に発生する吸着力に打ち勝つために十分強力である必要がある。図６及び７は、１つの実施形態による磁石閉じ込め構造及びモーション伝達機の実施形態の構造を示している。
【００３８】
図６及び７は、トラクタ搭載磁石キャリッジの等角図を示しており、このトラクタ搭載磁石キャリッジは、１つの実施形態に従って、トラクタ搭載磁石群が、対向するトレーラ搭載磁石群から離間する距離に応じて上昇させるか、または下降させることができる。図６は、進出位置にある磁石キャリッジを示し；図７は、退避位置にある磁石キャリッジを示している。アクチュエータモータ群及び永久磁石群は図示されていない。
【００３９】
図６を参照するに、磁石キャリッジは、ヨーク５４に取り付けられる２つの磁石トロリー５０及び５２を備え、各トロリーは、該当するペアの磁石（図示せず）を搭載するように設計される。ヨーク５４は、該当するリニアスライダ群５６の取り付け先の垂直アームペアを有する。各リニアスライダ５６は、該当するリニアガイド５８内を上方または下方に摺動する。これらのリニアガイド５８は、フレーム２４の上側部分に取り付けられる。各リニアガイドが、直線溝を備えているのに対し、各リニアスライドは、該当する直線溝の内部に嵌入される棒状部材を備えている。従って、磁石キャリッジ全体を、フレーム２４に対して上方または下方に並進移動させることができるので、磁石キャリッジに搭載される磁石群の全てを上昇させるか、または下降させることができる。この磁石グループの垂直方向位置は、磁石グループの前方磁石と後方磁石との間の中点位置のスキン厚さに応じて変化させるか、または他の或る適切なパラメータに応じて変化させることができる。例えば、当該アルゴリズムを変えて、磁石グループに対応する厚さ値を、特定の磁石の位置（または、任意の他の位置）に応じて設定することができる。
【００４０】
図６に示す磁石キャリッジは、垂直方向変位量伝達サブシステムにより上昇させるか、または下降させることができ、この垂直方向変位量伝達サブシステムは以下の部材群：すなわち、ステッパモータ（図示せず）の出力に接続される回転ウォーム歯車６０、ウォーム歯車６０に噛合可能に接続される回転平歯車６２と；平歯車６２に強固に取り付けられて当該平歯車６２と一緒に回転し、かつ下側ネジ切り部分（ネジ山は図６には図示せず）を有する回転垂直送りネジ６４と；そして送りネジ６４の下側ネジ切り部分に螺合可能に接続され、かつヨーク５４に強固に取り付けられるナット６６と、を備える。従って、ヨーク５４は、ウォーム歯車６０を駆動して、一方の方向または他方の方向に回転させ、これにより今度は、送りネジ６４を回転させることにより、上昇させるか、または下降させることができる。次に、送りネジ６４の下側ネジ切り部分によって、ナット６６を上昇させるか、または下降させることにより、ナット６６の取り付け先のヨーク５４を上昇させるか、または下降させる。図７は、ヨークが、当該ヨークの上昇位置にある様子を示しており、この上昇位置は、これらのトラクタ磁石が、対向するトレーラ磁石群に対して退避位置にある状態に対応する。
【００４１】
１つの実施形態によれば、送りネジ６４及びナット６６のネジ山は、ほぼ一致するピッチを有するので、トラクタ磁石移動システムを全体として、復帰不能に駆動することができ、これは、これらのトラクタ磁石が、電源が遮断されても、これらのトラクタ磁石が独りでに動き出すことがないことを意味する。これは、重要な安全機能である。
【００４２】
上に説明した構造は、異なる種類のＮＤＩセンサ積載物を搭載することができる異なる種類のトレーラビークルに使用されるために考案されている。トレーラ設計の観点からの磁気結合の主要な要求は、磁石間隔パターンが、トラクタビークルの磁石群の間隔に一致する必要があり、そしてトレーラビークルに使用される磁石磁極を、トラクタビークルの磁石磁極と逆にする必要があることである。トラクタビークルの磁石群だけを移動させて、磁石離間距離を制御することになるので、トレーラ磁石群は、トレーラ構造に対して固定の構成とすることができる。
【００４３】
制御システムが磁石離間距離を、スキン厚さが変化するにつれて調整するために必要となる情報を供給するフィードバックセンサが必要である。１つのセンサ選択肢は、トレーラビークル群のうちの１つのトレーラビークルのフレームに回転可能に取り付けられて、指定スタート位置からの水平尾翼（または、検査対象の他の構造物）の長さに沿った変位量を供給するホイール回転エンコーダである。この位置情報は、スキンの厚さに関する所定のデータ（ＣＡＤモデルによる、または直接測定による）と共に使用して、トラクタの可動磁石ユニット群に必要な変位量を求めることができる。センサの位置に対する磁気結合ユニット群の各磁気結合ユニットの相対位置を認識することにより、磁石群の各磁石における所望の離間量を求めることができる。別の構成として、当該エンコーダをトラクタビークルに取り付けることができる。しかしながら、ＮＤＩ用途の場合、当該エンコーダは、ＮＤＩ走査ユニットと同じ構造に取り付けることが好ましい（データ収集の観点から）。これは、小量の振動が、トラクタユニットとトレーラユニットとの間に磁気結合により生じるからである。
【００４４】
システムを、トレーラ搭載ホイール回転エンコーダを用いて動作させるプロセスを図８に示す。まず、トラクタビークルの磁石群を退避させる（操作６８）。次に、トラクタビークル及びトレーラビークルを、検査対象物体の上側スキンまたは下側スキンの両側の側面の既知の位置に配置する必要がある（操作７０）。これは、まず、トラクタビークル（または、トレーラビークルペア）を非倒立姿勢で、スキンの外側表面に配置し、そして次に、これらのトレーラビークル（または、トラクタビークル）を倒立姿勢で、トラクタビークルの永久磁石群が、トレーラビークルの磁石群に位置合わせされる位置に配置することにより行なわれる。次に、磁気結合制御システムを有効にする（操作７２）。磁気結合制御システムは自動校正し、そして適切なモーションコマンドを、トラクタビークルの磁石垂直方向位置決めモータに送信して、トラクタ磁石群を、初期ビークル取り付け位置に対応する正しい高さに移動させる（操作７４）。更に詳細には、トラクタ磁石群の垂直方向位置を調整して、結果的に生じる合計吸着力が確実に、倒立ビークル（群）の重量を、安全マージンを以って支持するために十分であり、かつ中間スキンにビークル走行中に損傷を与えるほどには大きくならないようにする。検査を開始するために、トラクタビークルの駆動輪を駆動するモータを作業者が作動状態にし、そして当該モータにモーション制御システムから指示して、特定の方向に、かつ特定の速度で移動させる。この駆動モータは、トラクタビークルが前進方向または後進方向のいずれに移動しているかによって異なるが、駆動輪をいずれかの方向に回転させることができる（操作７６）。結果的に得られる走行ラインは、本明細書ではＸ方向と表記することとする。磁気結合トレーラビークル群は、トラクタビークルが移動する方向と同じ方向に引っ張られる。トラクタビークル及びトレーラビークルがＸ方向に移動するとき、トレーラ搭載ホイール回転エンコーダは、トレーラの現在のＸ位置を読み取り、そして当該データを磁気結合制御システムに供給する（操作７８）。次に、磁気結合制御システムは、表面厚さデータベースに照会して、正しい磁石離間距離を求め、そして適切なモーションコマンドをトラクタビークルの磁石垂直方向位置決めモータに送信して、トラクタ磁石とトレーラ磁石との間の離間距離を所望範囲内に維持する（操作８０）。これらのビークルが、Ｘ方向に移動するとき、磁気結合制御システムは、ホイール回転エンコーダ空のフィードバックに基づいて、Ｘモーションシーケンスが完了したかどうかを判断する（図８の操作８２）。“いいえ（完了していない）”の場合、操作７８，８０，及び８２を繰り返す。“はい（完了している）”の場合、更に別のＸモーションシーケンスが必要かどうかについて判断する（操作８４）。“はい（必要である）”の場合、操作７６，７８，８０，８２，及び８４を、ビークル群が反対の方向に移動している状態で繰り返す。“いいえ（必要ではない）”の場合、当該プロセスは終了する。
【００４５】
図９を参照するに、上に説明したプロセスを実行する磁気結合制御システムは、トラクタビークルに電気フレキシブルケーブルを介して接続される地上モータコントローラ９０を備える。このモータコントローラ９０は、磁石垂直方向位置決めモータ群８８及び駆動モータ３０を制御するそれぞれのソフトウェアモジュールでプログラムされる汎用コンピュータを備えることができる。磁石モータ群８８は、これらのトラクタ磁石２８を、第１段の上記ウォームドライブ（ウォーム歯車６０及平歯車６２）、及び第２段の上記送りネジ機構（送りネジ６４及びナット６６）から成る動力伝達機構８６を利用して変位させる。駆動モータ３０は、駆動輪２６を、従来の公知の動力伝達機構３２を利用して駆動する。
【００４６】
モータコントローラ９０への複数の入力を図９に示す。駆動モータ３０は、開始Ｘ位置、現在のエンコーダＸ位置、Ｘ方向の所望のトラクタ速度、及び所望の終点Ｘ位置に応じて制御される。各磁石モータ８８は、スキン厚さデータ、所望の磁石離間設定値、及び１つ以上の磁石位置制限スイッチからの出力に応じて制御される。
【００４７】
スキン厚さは、Ｘの既知の関数である。スキンの厚さは、キャリパーまたはマイクロメータのような計測器を、送り込むことができる水平尾翼の領域（縁部分の近傍のような）に使用して、直接測定することができる。超音波または他の走査法を使用して、厚さを測定することもできる。スキン厚さは、モデルを利用することができる場合には、パーツの３次元ＣＡＤモデルを使用して求めることもできる。３次元パーツから得られるデータは、ファイルにデカルト座標位置を基準として保存し、そして実行時に使用して、トラクタ−トレーラシステムの現在位置のスキン厚さを取得する。これらの測定手法は、オフラインで行なうことができ、そして結果は、ルックアップテーブルに格納するか、または実行時に求解が行なわれる方程式に数式処理を施すことができる。
【００４８】
制限スイッチを取り入れて、磁石移動の上限または下限を設定することができ、そしてコンプレッションバネ（図示せず）を下側領域に取り入れて、これらの磁石を持ち上げ易くすることができる。モータコントローラ９０は、これらの磁石が被検査表面に接触する前に、これらの磁石をどの位遠く、下方に移動させることができるかについて認識するが、これらの磁石を当該表面に送り込むことができる場合、垂直方向磁石移動機構が最終的に、トラクタビークルの車輪を当該表面から離れる方向に持ち上げ、これが、或る種の駐車ブレーキとして作用する（当該表面またはトラクタビークルに損傷は生じない）。
【００４９】
これらの磁石の離間距離を調整して、所望の結合力を発生させるために、フィードバック制御システムを使用する。１つの実施形態によれば、モータコントローラ９０は、比例フィードバックコントローラとすることができる。比例フィードバックコントローラは、制御対象の変数の入力設定値が、同じ変数の出力の測定値の関数となる閉ループフィードバック制御系の一種である。通常の線形系では、測定変数にフィードバックゲイン（Ｋ）を乗算する。例えば、次式が成り立つ：
Ｘ＿ｉｎｐｕｔ＝Ｋ  ＊  Ｘ＿ｏｕｔｐｕｔ
他の形式のフィードバック制御を用いることができる。
【００５０】
モータコントローラをプログラムして、アルゴリズムの演算を実行し、これにより、相対する磁石ユニットを、スキン厚さに応じて変化する距離だけ離間させる。当該手法では、所望の離間距離を維持する。磁気吸着力は、これらの磁石の間の距離の自乗に反比例するので、離間距離が判明することにより、吸着力を求めることができる。この情報及び試験を利用して、十分な結合を維持するために必要な離間量は、位置制御手法を用いて求めることができる。これらのビークルが移動しているとき、制御アルゴリズムは、現在位置におけるパーツ厚さを所望の離間距離から減算して、トラクタ磁石群が所望の離間量を維持するために移動する必要がある距離を求める。制御アルゴリズムは、移動コマンドをアクチュエータ（図９の磁石モータ群８８）に送信して、現在離間量と所望の離間量との差を減らしてゼロにする。
【００５１】
これらのビークルの現在位置における厚さデータを使用する別の手法では、磁気結合により発生する力を、力センサを使用して測定し、そして次に、これらの磁石の間隔を大きくするか、または小さくすることにより、所望の大きさの力を実現する。例えば、力センサは、トラクタ磁石と当該トラクタ磁石を載せたトロリーとの間に取り付けて、トラクタ磁石とトレーラビークルの相対磁石との間の吸着力を測定することができる。この構成では、力センサからの力データは、閉ループフィードバック系の一部となり、これにより、所望の大きさの磁気結合力を、これらのトラクタ磁石を進出させるか、または退避させることにより自動的に維持する。力センサを利用する方法は、厚さ測定データを入手することができない状況において有用となる。
【００５２】
図１０は、力センサデータを利用して磁石離間距離を所定範囲内に維持する磁気結合制御システムの構成要素群を示している。この実施形態によれば、各磁石モータ８８は、現在の（測定）磁石吸着力と所望の磁力設定値との間の差に応じて制御される。
【００５３】
別の（任意の）特徴によれば、これらのトラクタ磁石を離間する横方向距離を調整して、水平尾翼のウェブ構造（すなわち、図３のスパー８）の可変厚さの影響を無くすことができる。これは、上に説明した表層スキンの可変厚さに対する能動的磁石制御に付加される。この横方向離間移動案内機構の１つの実施形態を図１１〜１３に示す。この任意の横方向移動機能は、スキンに対する能動的磁石離間制御とは独立して行なわれることに注目されたい（この能動的磁石離間制御は、この補強機能を用いて行なわれるか、またはこの補強機能を用いることなく行なわれる）。
【００５４】
図１１から分かるように、磁石トロリー５０及び５２は、トラクタ走行方向に対して横方向に（かつ、水平尾翼のスパーに対して横方向に）延在する直線円筒レールペア６８に摺動可能に取り付けられる。これらの磁石トロリーは、バネ抵抗がそれぞれの受動バネ９８により付与されることを除き、これらのレール６８に沿って自由に摺動することができる。ウェブ厚さが変化するにつれて、それぞれのトレーラビークルの対応する磁気結合磁石群（すなわち、図３に見える磁石群３６）の横方向離間量が変化して、対応するトラクタ磁石群（すなわち、図３に見える磁石群２８）が互いに向かう方に、または互いから離れる方に横方向に移動する。これらの受動バネ９８は、この横方向磁石移動の振動を減衰させる。
【００５５】
図１１から分かるように、該当するラック７０が、各磁石トロリーから横方向に延在する。ラック群７０の歯は、ピニオン６６の外周面の歯と噛合する。ピニオン６６は、送りネジ（図示せず）を取り囲む。これらのラック７０は常に、両方の磁石トロリーを横方向に、かつ反対方向に並進移動させる。トラクタ磁石群（図示せず）の横方向移動は、これらの円筒レール６８により、ラック部材及びピニオン部材が経路を確保して、当該移動が常に、中心の両側で対称に確実に行なわれる状態で案内される。
【００５６】
更に別の（任意の）特徴によれば、システムコントローラをプログラムしてサブルーチンを実行することにより、横方向に離間するこれらのトラクタ磁石ペアを案内して、水平尾翼のウェブ構造（すなわち、図３のスパー８）の可変厚さの影響を無くすことができる。能動的制御（モータアクチュエータ群による）を使用する場合、当該プロセスは、外側スキン表面を介した磁気結合のプロセスと同一となるが、ウェブ（スパー）厚さ、及びエンコーダ位置データを、モータ制御アルゴリズムへのフィードバックとして使用する。このプロセスでは、ピニオンを高出力回転させて、横方向間隔を直接制御する。これは、幾つかの方法で行なうことができる。１つの方法では、専用アクチュエータ（電動モータのような）を設けてピニオンを回動させ、これにより、ラック部材を−垂直方向移動とは無関係に−進退させる。第２の方法では、ピニオンを、これらの磁石を送りネジで上下に移動させるために使用される同じモータで駆動する。この構造の場合、１つのモータを設けて、これらの磁石を垂直方向下方に、これらの磁石を水平方向外側に移動させながら同時に移動させる（そして逆の方向：すなわち、内側に移動させながら上方に移動させる）。後者の構成は、スキンの厚さとスパーの厚さの比が比較的一定している場合に利用することができる。
【００５７】
図１２は、横方向磁石離間距離が、トロリーが近づく向きに移動して限界位置に達したときの磁石トロリー５０及び５２を示しており；図１２は、横方向離間距離が、トロリーが遠ざかる向きに移動して限界位置に達したときの磁石トロリー５０及び５２を示している。
【００５８】
トラクタビークルの別の実施形態によれば、永久磁石群ではなく、電磁石群または永久電磁石群を使用することができる。このような実施形態では、電磁石群または永久電磁石群は、トラクタビークルフレームに対して移動可能ではない。磁石離間距離を調整するために磁石モータ群を制御するのではなく、フィードバックコントローラは、電磁石群または永久電磁石群から供給される磁場の強度を制御して、電磁石または永久電磁石とトレーラビークルの対向永久磁石との間の吸着力を変化させる。
【００５９】
電磁石群を使用する実施形態の場合、結合力は、これらの磁石に供給される電力を変化させることにより制御される。
【００６０】
更に別の実施形態によれば、トレーラビークルの永久磁石群は、トラクタビークル上にそれぞれ配列された個別制御永久電磁石群と磁気結合することができる。異なる大きさの吸着力（離散的に増加する）は、各配列の永久電磁石群のうちの１つ以上の永久電磁石の電源を選択的に投入することにより発生させることができる。これにより、連続範囲の磁場強度ではなく、離散的な数値の選択磁場強度が得られる。この考え方を図１４〜１７に示す。
【００６１】
５個の永久電磁石７４Ａ〜７４Ｅの１つのこのような配列７４を図１４に示す。各永久電磁石は、北極及び南極を有する永久磁石７６と、そして極性反転可能な電磁石７８と、を備える。電磁石７８のコイルは図示されていない。この配列７４は、これらのトレーラビークルのうちの一方のトレーラビークルの１つ以上の永久磁石と磁気結合し、当該磁石（群）は、図１５に示す永久電磁石７４Ａ〜７４Ｅの北極及び南極とそれぞれ磁気結合する南極及び北極を有する。各配列が５個の永久電磁石を有するこの特定の事例では、５種類の異なる大きさの吸着力を、１個の永久電磁石（例えば、７４Ｃ）、２個の永久電磁石（例えば、７４Ｂ及び７４Ｄ）、３個の永久電磁石（例えば、７４Ｂ〜７４Ｄ）、４個の永久電磁石（例えば、７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｄ、及び７４Ｅ）、または５個の永久電磁石（例えば、７４Ａ〜７４Ｅ）の電源を選択的に投入することにより発生させることができる。異なる強度を有する個々の永久電磁石ユニットを配列して用いることにより、更に別の変形例を作製することができる。
【００６２】
永久電磁石群は、ゼロの静的消費電力を有する固体素子（永久磁石のような）であるが、電磁石と同様に、磁石の電源を投入し、そして遮断することができる。電力をほんの一瞬だけ印加して、状態をオンまたはオフに切り替えるだけで済み、これにより、永久電磁石が、合計電力使用量が少ないことが好ましい用途において一層有用となる。永久電磁石を使用すると更に、電源が落ちた場合に、結合が有効に作用し続けるという利点が得られる。永久電磁石手法は、電源を必要とするが、磁場状態を切り換えるためには、当該永久電磁石にほんの一瞬、電源供給するだけで済む。
【００６３】
図１６及び１７は、４つの永久電磁石配列８０，８２，８４，及び８６の構成を示しており、これらの永久電磁石配列は、トラクタビークルに取り付けることができる。これらの配列の取り付け先のトラクタビークルが、図１６の座標系において、左側または右側に移動すると仮定すると、配列８０及び８４が、一方のトレーラビークルに取り付けられる対向永久磁石群と磁気結合するのに対し、配列８２及び８６は、他方のトレーラビークルに取り付けられる対向永久磁石群と磁気結合する。
【００６４】
図１８に部分的に表示される１つの実施形態によれば、個々の永久電磁石の電磁石コイルは、磁石コントローラ９６によって電源に選択的に接続され、選択プロセスは、図１８に示すように、トレーラビークルに取り付けられるホイール回転エンコーダの出力に基づいて求めた特定の位置のスキン厚さに応じて変わる。コントローラ９６は制御信号を、反転コイルスイッチングユニット９２に送信し、これらの制御信号は、厚さデータ（Ｘ）、現在エンコーダ位置（Ｘ）、開始Ｘ位置、所望の終点Ｘ位置、及び所望の駆動Ｘ速度に応じて変わる。反転コイルスイッチングユニット９２は、制御信号をコントローラ９６から受信すると、選択永久電磁石群９４を作動状態にする。永久電磁石を作動状態にするために、片方向瞬時パルスを使用する。電流が反対方向に流れる別のパルスを使用して、永久電磁石を非作動状態にする。残りの時間では、電力は消費されない。
【００６５】
別の構成として、当該選択プロセスは、図１９に示すように、１つ以上の力センサから供給される現在の磁石吸着力データに応じて変えることができる。コントローラ９６からのこれらの制御信号も、現在エンコーダ位置（Ｘ）、開始Ｘ位置、所望の終点Ｘ位置、所望の駆動Ｘ速度、及び所望の磁力設定値に応じて変わる。
【００６６】
上に開示した実施形態を用いて、スパー表面、及び各スパーと上側スキン及び下側スキンとの間の隅肉接合部を検査することができるのに対し、上側スキン及び下側スキンは異なるシステムによって検査される。別の構成として、上側スキン及び下側スキンは、本明細書において開示される磁気結合コンセプトの変形例により検査することが可能である。この変形例では、新規の機構を設けて、スキャナを保持することにより、水平面作業を行なう。この場合、ＮＤＩ走査ユニットを水平尾翼の外部にあるトラクタビークルに取り付けることができる。受動トレーラビークルは依然として、内部で使用して磁気結合を行なうが、積載物（スキャナ）はトラクタビークルに設けることができる。
【００６７】
上記教示により、磁気結合システムは、表面厚さが大きく変化する表面に沿って移動しながら一定の吸着力を発生させることができる（これは、磁石位置が固定されているシステムにおいては不可能である）。吸着力制御を作業中に調整する他に、これらの磁石の位置を制御することができることによって更に、取り付け中の作業者の安全性、及び水平尾翼からのトラクタの取り外し作業性を向上させることができる。これらの磁石を、当該システムが使用状態ではない場合に、完全に退避させることができることにより、搬送作業の安全性、及びシステムの収納性も高めることができる。更に、磁石制御は、水平尾翼の内部に水が在ることによって影響されることがなく、そして電源が遮断されても、当該システムは吸着力を供給し続ける。
【００６８】
上に説明した実施形態は、ＮＤＩに特有の種類の検査において利用することができるが、能動的磁石離間制御プロセスは、他の種類の用途にも適用することができる。種々の種類のＮＤＩセンサの他に、ビークルに搭載される積載物は更に：レーザスキャナ、ビデオカメラ、ロボットマニピュレータ、ペイントヘッド、またはケーブルをトンネルまたはダクトを通って引き出すためのハーネスを含むことができる。
【００６９】
ドライブモーションに関して、中央駆動輪を使用するドライブオプションが１つだけ詳細に開示されている。しかしながら、他の構成においても、可変吸着力コンセプトを利用することができ、例えばホロノミックプラットフォーム（メカナムホイールを使用するプラットフォームのような）、または可変強度磁場クランプのような静止プラットフォームを利用することができる。
【００７０】
装置について、種々の実施形態を参照して説明してきたが、この技術分野の当業者であれば、種々の変更を加えることができ、そして等価物をこれらの実施形態の構成要素の代わりに用いることができることを理解できるであろう。更に、多くの変形を加えて、特定の状況をこれらの教示に、これらの実施形態の基本的範囲から逸脱しない限り合わせることができる。従って、これらの請求項は、開示される特定の実施形態に限定されない。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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