レーザイメージングシステム
【課題】表面上のレーザターゲットなしで表面にレーザテンプレートを投影するためのレーザイメージングシステムを提供する。
【解決手段】レーザイメージングシステムは、光信号を発信する計測発信装置６０と、航空機４４の表面上にレーザテンプレートを投影するレーザ投影装置と、航空機４４表面に対して前もって決められた位置に固定され、レーザ投影装置の視界の範囲外であって、かつ計測発信装置６０の視界の範囲内にある第１の計測受信装置７０と、レーザ投影装置のレーザの位置と方向とを決定すべく、レーザ投影装置の視界の範囲内においてレーザ投影装置に対して前もって決定された位置に固定された第２の計測受信装置と、第２の計測受信装置が配置されるフレームアセンブリ４６と、フレームアセンブリ４６に配置された複数のレーザターゲットと、を備える。
【解決手段】レーザイメージングシステムは、光信号を発信する計測発信装置６０と、航空機４４の表面上にレーザテンプレートを投影するレーザ投影装置と、航空機４４表面に対して前もって決められた位置に固定され、レーザ投影装置の視界の範囲外であって、かつ計測発信装置６０の視界の範囲内にある第１の計測受信装置７０と、レーザ投影装置のレーザの位置と方向とを決定すべく、レーザ投影装置の視界の範囲内においてレーザ投影装置に対して前もって決定された位置に固定された第２の計測受信装置と、第２の計測受信装置が配置されるフレームアセンブリ４６と、フレームアセンブリ４６に配置された複数のレーザターゲットと、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２００３年９月１０日に出願した米国仮出願番号６０／５０１，８８５の優先権を主張する。
【０００２】
この発明は、表面にレーザテンプレートを投影するための方法と装置に関し、特に、表面上のレーザターゲットなしで表面にレーザテンプレートを投影するための方法と装置か、レーザ投影システムの応用例を増やす”ターゲットレス”レーザ投影システムと方法を含み、航空機のような、若しくは、表面上のレーザターゲットが動作の邪魔をしてしまうような、若しくは、通常のレーザ投影システムでは実用に向かないか、不可能であるような巨大な表面上へのレーザテンプレートの投影を含む。
【背景技術】
【０００３】
現在、可視レーザ投影システムは、産業界において、レーザの輪郭か”テンプレート”を対象物表面に投影するために広く使われている。特に、プレハブ住宅の建材や航空機の構成部品のような巨大な二次元か三次元のアセンブリを組み立てるときに可視レーザ投影システムは使われている。正確にレーザ投影装置の特長を引き出し、組み立てられるアセンブリや構成物に対してレーザ投影装置を正確な位置に設置することによって、レーザ投影装置は、平面や曲面である対象物表面上の座標にレーザ投影像やテンプレートを正確に写し出す。
【０００４】
例えば、この出願の譲受人に一部を譲渡された米国特許第５，６４６，８５９号（特許文献１）は、プレハブ住宅のようなアセンブリを組み立てるときにレーザテンプレートを定めるための方法と装置を開示している。この特許で開示された方法と特許は、製品表面の上方に据え付けられた単体か複数のレーザ投影装置と、製品表面近傍の前もって決められた位置に固定された複数のレーザセンサかレーザターゲットと、レーザ投影装置上にあるコンピュータ及びセンサと、を含む。レーザ投影装置は定期的に又は連続的にレーザターゲットを走査し、レーザターゲットからレーザ投影装置のセンサに反射した光は、それぞれのターゲットデータの中心に関連した正確な投影角度を決定する。それから、一連の数学的アルゴリズムを使用して、製品表面かその一部に対するレーザ投影装置の正確な位置と方向とがコンピュータによって計算される。あらかじめ示されているリストと共に、この空間上の情報によってレーザ投影装置に製品表面上の部分の正確なレーザテンプレートかレーザの輪郭を発生させる。上記に参照した特許に開示されているように、レーザ投影装置は、製品表面かさらに大きな構成物に対して固定されてもよいし、複数のレーザ投影装置が使われてもよいし、レーザ投影装置が製品表面に対して動いてもよい。レーザターゲットか位置センサはフォトトランジスタを含んでもよいが、現在、ほとんどの応用例では、再帰反射可能なターゲットが使用されている。
【０００５】
上記の補正方法は、レーザ投影の広い範囲において必要とされる正確さを提供する。典型的な誤差の仕様は、レーザ光に垂直に計測した場合、１０フィートから１５フィート離れた距離に対して±０．０１５インチである。対象物表面上かその近傍に前もって決められた位置にあるレーザ投影装置の視界の範囲に十分な数のレーザターゲットの位置が検出される限り、据え付けられる位置は任意に選択できるので、この誤差の仕様はレーザ投影装置の位置づけを柔軟性のあるものにする。典型的な応用例では、組み立てられるアセンブリか部分と製品か対象物表面に対してレーザ投影装置の位置を確立するためにセンサシステム（レーザターゲットとセンサ）によって最小限四つのレーザターゲットが配置されなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５６４６８５９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記のように、対象物表面上かその近傍に固定されるレーザターゲットの必要条件は、レーザ投影装置の応用を限定する。例えば、航空機の炭素繊維複合素材を配置するためには、通常、複合素材に覆われた対象物表面上にターゲットの位置を定める必要性がある。さらに、アセンブリや対象物表面が大きい場合、必要とされるレーザを投影する範囲が大きくなるので、正確且つ明確な投影を維持しながら、レーザ投影装置の視界の範囲内にレーザや上記のターゲットを配置することができない。この発明のレーザ投影システムによって取り組まれる他の問題は、室温と湿度の変化によって引き起こされるレーザ投影か投影像のドリフトである。さらに、上記のレーザターゲットは、Ｔｈｅｏｄｅｌｉｔｅ ｌａｓｅｒ ｔｒａｃｋｅｒか他の座標計測機器（ＣＭＭ）を使用してのそれぞれの目標座標の正確な計測と共に、目標か機器上の適切な位置への据え付けが必要とされ、使いづらい。ここで使われているように、ＣＭＭはどのような座標計測システムにも対応している。さらに、レーザ投影装置が配置される、又は、動かされるとき、適切なレーザか参照するターゲットを配置し、特定するために、レーザ投影装置は操作者の操作によって通常移動させられ、レーザ投影装置の配置は、レーザターゲットが適切な位置で反射することを確実にするために制御されなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本特許のレーザ投影システムと方法の開示されている形態は、アーク・セカンド社の米国特許第６，５０１，５４３号と米国特許第６，５３５，２８２号に開示されているような屋内の全地球測位システム（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ；ＧＰＳ）を利用している。
屋内全地球測位システムは、また、商業的にアーク・セカンド社から利用できる。しかし、本発明におけるレーザ投影システムと方法は、屋内全地球測位システムに限定されていない。Ｌａｓｅｒ ｔｈｅｏｄｅｌｉｔｅ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓやＯｐｔｉｃａｌ ｐｈｏｔｏｇｒａｍｅｔｒｙ ｄｅｖｉｃｅｓやＣａｍｅｒａ ｂａｓｅ ｓｙｓｔｅｍｓや赤外線発信計測装置や他のＭｅｔｒｏｌｏｇｙ ｔｒａｃｋｅｒ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅｓを含む、他の外部計測装置が利用されてもよい。例えば、ライカジオシステムズとノーザンデジタルは三次元測定のためのレーザ追跡装置を提供する。そこにおいて、計測発信装置からのレーザは、発信装置上のセンサへの同一方向上にあるミラーかコーナーキューブ反射器によって反射され、受信装置からのデータは、反射鏡の位置を決定するためにコンピュータへ伝達される。これらの外部計測装置は、計測発信装置、通常は光発信装置と、複数の計測受信装置か、前もって決められた位置に固定された反射鏡を含む。
【０００９】
のちに”レーザテンプレート”と呼ぶレーザの輪郭を、のちに”対象物表面”と呼ぶ表面か道具に、投影するこの発明の方法は、次の段階を含む。
始めに、この発明の方法は、
上記で説明したように、外部計測装置を使用して対象物表面の位置と方向とを自主的に決定する工程と、
外部計測装置を使用してレーザ投影装置の位置と方向とを自主的に決定する工程と、を含む。
上記で定めたように、外部計測装置は一般に、固定された位置にある複数の計測発信装置、典型として赤外線計測発信装置のような光計測発信装置と、また固定された位置にある複数の計測受信装置と、を含む。
ここで使われているような”計測受信装置”という言葉は、
屋内ＧＰＳ受信装置のような能動的な受信装置と、
計測発信装置上のセンサに光を反射させるミラーやコーナーキューブ反射器のような受動的な装置と、
の両方を含み、
このように両方の形態は、
受信装置に内蔵されているセンサを備える。
外部計測装置を使用して対象物表面の位置と方向とを決定する工程において、第１の複数の計測受信装置は、対象物表面に対して固定される。
外部計測装置を使用してレーザ投影装置の位置と方向とを決定する工程において、第２の複数の計測受信装置は、レーザ投影装置か複数の投影装置に対して固定される。
ここで使われる”固定される”という言葉は、
発信装置や受信装置やレーザターゲット等の位置を決定するために必要とされる程、その位置が安定していることを、意味する。
【００１０】
それから、本発明の方法は、
外部計測装置からコンピュータへ信号を送信する工程を含み、
そのコンピュータは、
対象物表面に対するレーザ投影装置の位置と方向とを決定するために外部計測装置から受信したデータを使用する。
計測受信装置はコンピュータへ接続されてもよいし、計測受信装置からのデータはワイヤレスシステムによってコンピュータへ伝達してもよい。
それから、この発明の方法は、
コンピュータからのデータを使用して、前もって決められる、又は、定められる位置と方向における対象物表面上にレーザテンプレートを投影するために対象物表面に対してレーザ投影装置か複数の投影装置からのレーザを向ける工程と、
レーザ投影装置で、前もって決められた位置と方向における対象物表面上にレーザテンプレートを投影する工程と、
を含む。
本発明における対象物表面上にレーザテンプレートを投影する方法は対象物表面上又はその近傍のレーザターゲットの必要がなく、対象物表面上又は近傍のレーザターゲットに対するレーザ投影装置の補正もなく、そのため、”ターゲットレス”である。さらに、計測受信装置はレーザ投影装置か複数の投影装置の視界の範囲内にある必要がない。
【００１１】
本発明における対象物表面上にレーザテンプレートを投影する方法の最良の形態は、対象物表面上、又は、その近傍において前もって決められた位置に固定されたレーザターゲット無しで、上記で説明したようなレーザターゲットに対してレーザ投影装置の補正をせずに、レーザ投影か投影像のドリフトかレーザ投影装置の動きを修正するために使用してもよい。
この発明におけるレーザのドリフトかレーザ投影装置の動きを修正する方法の開示された形態は、レーザ投影装置の視界の範囲内でレーザターゲット上にレーザ投影装置からレーザを定期的に、又は、連続的に投影する工程を含む。
つまり、対象物表面に対して前もって決められた位置に固定されたレーザターゲットを走査する工程ではない。
本発明のレーザドリフトを修正する方法は、対象物表面ではなく、むしろ、投影装置に対してレーザターゲットを固定する工程を含む。
代わりに、レーザターゲットは、レーザターゲットを走査することによってレーザ投影装置の配置を許すレーザ投影装置の視界の範囲内で計測受信装置に対して固定されてもよい。
前述したように、本発明におけるレーザ投影システムの形態では、
レーザ投影装置は、
レーザ投影装置の反対側にレーザターゲットを有するフレームアセンブリに支持され、
レーザのドリフトかレーザ投影装置の動きを修正するために、定期的に、又は、連続的に、レーザターゲットを走査する。
上記で説明したように、レーザターゲットが再帰反射可能なターゲットである場合、
本発明における方法は、
レーザターゲットからレーザ投影装置上のセンサにレーザ光を反射する工程と、
レーザ投影像のドリフトかレーザ投影装置の動きを修正する制御装置に接続されたコンピュータへ信号を送信する工程と、
を含む。
【００１２】
本発明のフレームアセンブリの好ましい一つの実施例において、フレームは支持表面と開状末端部分とを含む。
レーザ投影装置は、正確にフレームアセンブリの支持表面に支持され、
本発明の方法は、フレームアセンブリの開状末端部分を通して、レーザテンプレートを投影する工程を含む。
フレームアセンブリの開示された形態における計測受信装置は、
本発明の方法によってレーザターゲットとレーザ投影装置の位置と方向とを正確に決定するためにフレームアセンブリの開状末端部分にたいして前もって決められた位置に取り付けられる。
さらに、フレームアセンブリの開示された形態において、レーザターゲットは、レーザ投影装置の反対側に、且つ、フレームアセンブリの遠位の開状末端上に配置される。
本発明の方法は、定期的にフレームの遠位開状末端上のレーザターゲットを走査し、レーザ投影像のドリフトとレーザ投影装置の動きとを修正する工程を含む。
しかし、計測受信装置がレーザターゲットに対して固定されている場合、レーザ投影装置は、フレームに対して動いてもよいし、レーザターゲットを走査することによってその位置と方向とを決定してもよい。
ここで使われているように、”定期的に”という言葉は、連続的にレーザターゲットを走査することを含み、レーザターゲットは、上記で参照した米国特許第５，６４６，８５９号に開示されているように、例えば、再帰反射可能なターゲットであってもよいし、他の適当なターゲットであってもよいし、位置センサであってもよい。
【００１３】
このように、本発明の”ターゲットレス”レーザイメージングシステムは、固定された位置にある複数の計測発信装置と、レーザ投影装置もしくは複数のレーザ投影装置と、第１の計測受信装置かターゲット反射鏡と、上記で説明したように対象物表面に対して固定された位置にある計測発信装置上の受信装置と、レーザ投影装置に対して固定された位置にある第２の計測受信装置かターゲット反射鏡と、から構成される。
対象物表面に対するレーザ投影装置の正確な位置と方向とを決定し、レーザ投影装置に対象物表面上にレーザテンプレートを投影させるために、レーザイメージングシステムは、さらに、計測受信装置、もしくは、センサからデータを受信するコンピュータを含む。
上記で説明したように、本発明のレーザイメージングシステムは、レーザ投影装置の視界の範囲内で、且つ、レーザ投影装置に対して固定された位置にある複数のレーザターゲットをさらに含んでもよい。
また、レーザターゲットが計測受信装置に対して固定されていて、コンピュータが、レーザ投影装置にレーザターゲットを定期的に走査させ、レーザ投影像のドリフトかレーザ投影装置の動きを修正させるように制御するのであれば、レーザ投影装置は、可動であってもよい。
【００１４】
上記で説明したように、本発明のレーザイメージングシステムの開示された形態において、レーザ投影装置は、遠位の開状末端を備えるフレームアセンブリの支持表面に正確に支持されてもよく、複数の計測受信装置かターゲット反射鏡は、レーザ投影装置の位置と方向との独立した決定が為されるように、前もって決められた位置で、且つ、フレームの遠位の開状末端に固定される。
上記で説明したように、フレームアセンブリがレーザ投影装置の反対側にレーザターゲットを含む場合、レーザターゲットはレーザ投影装置から距離をおかなければならず、フレームアセンブリの開示された形態はフレームアセンブリの支持表面と遠位の開状末端とを連結する支柱部分を含む。
本発明のレーザ投影装置とセンサアセンブリとの最良の形態では、熱膨張か収縮によるエラーを防ぐために、フレームアセンブリは、炭素繊維複合材のような膨張収縮係数の低い材料のみから形成される。
計測受信装置か反射鏡の位置と方向とは計測受信装置かレーザ投影装置に対して固定されているので、レーザ投影装置は必要に応じて対象物表面に対して動かされてもよい。
開示された形態において、レーザ投影装置とフレームとからなるアセンブリとは自在接ぎ手上に支持され、少なくとも二つの軸においてレーザ投影装置が動くのを可能にする。
ここで開示されているように、レーザ投影装置は、対象物表面に対するレーザ投影装置の移動を簡便にするために台車に支持されてもよい。
さらに、第１の複数の計測受信装置か反射鏡は、対象物表面に対して前もって決められた位置に固定されているので、対象物表面はレーザ投影装置に対して動かされてもよい。
【００１５】
上記で述べたように、本発明におけるレーザ投影システムと方法は特に、レーザターゲットが、続いて行われる作業の邪魔になるような場合に、対象物表面上にレーザテンプレートを投影するのに適当である。
ここで述べる作業とは、航空機の機体のような巨大な対象物表面上のＰｌｙ ｌａｙｕｐであり、デカールの塗装や設備の設置や航空機のような対象物表面の部品間の接合部を覆うための作業である。
本発明におけるレーザ投影システムと方法とは、特定の応用例に限定されない。
そのような応用例において、対象物表面の位置と方向とを決定するために反射鏡か受信装置を床上に配置するが、その際、計測受信装置か反射鏡を支柱上に固定することが望ましい。
本発明における計測受信装置アセンブリの最良の形態において、計測受信装置の位置と方向とを変えずに、受信装置アセンブリは支柱から移動させられたり、取り替えられたりすることができる。
本形態において、計測受信装置アセンブリは、前もって決められた位置にある工場の支柱に永久的にはり付けられるように適合している支持支柱を含む。
基部可動平面は、支持支柱の先端に固定され、アセンブリは受信装置を支持する部分を含み、その支持する部分は、着脱可能であるように基部可動平面に取り付けられる先端可動平面を備える。
受信装置アセンブリの最良の形態では、先端可動平面と基部可動平面の内の一方は、等間隔に存在する複数の出っ張りを含み、先端可動平面と基部可動平面の内のもう一方は、等間隔に存在する複数の窪みを備え、その窪みは、出っ張りをはめ込み、基部可動平面に対して先端可動平面を結合させ、その方向を定めるようにする。
それから、それは、計測受信装置の位置と方向とを変えずに、先端可動平面と受信装置支柱と計測受信装置か反射鏡とを支持支柱から移動させたり、置き換えたりしてもよいように為される。
本発明の計測受信装置アセンブリの開示された形態では、先端可動平面と受信装置支持部と計測受信装置が、アセンブリの位置と方向とを変更せずに簡単に支持支柱上からの移動と取り替えが可能なように、先端可動平面は、着脱可能であるように磁石によって基部可動平面に取り付けられる。
【００１６】
また、多くの応用例において計測受信装置の位置と方向とを独立して決定することが望ましい。
本発明のレーザ投影システムは、上記で説明したように、前もって決められた位置と方向とに固定されるように適合している支柱を備える計測受信装置を含む。
計測受信装置アセンブリの開示された一形態では、支柱は、支柱に据え付けられるカップ状の覆いと、計測発信装置からの信号を受信、若しくは、反射するように適合している第１の計測受信装置と、Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｍｏｕｎｔｅｄ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ（ＳＭＲ）やコーナーキューブ反射鏡（ＣＣＲ）やＰｈｏｔｏｇｒａｍｅｔｒｉｃか再帰反射可能なレーザターゲットのような、レーザを反射する第２の受信装置と、を含む。
計測受信装置の位置と方向とがある装置によって必要とされる正確さをもって決定され、確認されるように、カップ状の覆いは、第１の計測受信装置の一つか、ＣＭＭレーザ反射受信装置をはめ込み、その方向を定めるような形態をとる。
【００１７】
また、レーザ投影装置の視界の範囲外に配置されている対象物表面上にレーザテンプレートを投影するために本発明のレーザ投影システムと方法とを使用することも可能である。
本発明のレーザ投影システムの開示された一形態において、レーザ投影装置の視界の範囲外に配置されている対象物表面にレーザテンプレートを投影するために、レーザテンプレートは鏡状の表面に投影される。
最良の形態において、そのミラーは上記で説明したようにレーザターゲットを備えるフレームアセンブリによって支持される。
レーザ投影装置とミラーから成るアセンブリがターゲットレスレーザ投影システムにおいて使われている場合、上記で説明したように、そのミラーフレームは、計測受信装置か、反射鏡かを含んでもよい。
最後に、本発明のレーザ投影システムのレーザ投影装置は、応用例によってはリフトのような、他の運搬手段に据え付けられてもよい。
開示された一形態では、レーザ投影装置とフレームからなるアセンブリは、それ以降の動作のために人が使うプラットフォームに据え付けられる。
プラットフォームは、空気圧か水圧による直立したシリンダに伸縮自在なように嵌め込まれたピストンに据え付けられ、そのシリンダは工場の天井に取り付けられる。
その結果、必要に応じて、プラットフォームを垂直に動かすことが可能になる。
【００１８】
この技術に習熟した人は理解できるであろうが、従属項の範囲内で様々な変更が、本発明のレーザ投影システムと方法に対して為されてもよい。
例えば、本発明のレーザ投影システムと方法には、屋内ＧＰＳ計測装置やレーザ追尾装置に限らず、他の計測装置を使用してもよい。
本発明の方法とレーザ投影システムに使われるコンピュータは、複数のコンピュータであってもよい。
請求項を除いた、この後にある本発明の最良の形態の説明と添付の図面において開示された方法と装置の例は、説明する目的のみのものであって、ここで開示された発明を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明のターゲットレスレーザ投影システムと対象物表面上にレーザテンプレートを投影する方法との基本的な構成の部分的で模式的な側面図である。
【図２】図２は、次の動作のために航空機上にレーザテンプレートを投影するための工場の形態の上から見た図面である。
【図３】図３は、図１の側面図である。
【図４】図４は、図２と３の端面図である。
【図５】図５は、図２〜４のさらなる理解のために動かせる天井アセンブリの上部を備えた図２〜４の前面の部分図である。
【図６】図６は、図２〜５に示される本発明のレーザ投影装置とフレームとからなるアセンブリの一形態の側面から見た透視図である。
【図７】図７は、自在接ぎ手上に傾けられているフレームをもつ図６に示されるレーザ投影装置とフレームとからなるアセンブリの側面から見た透視図である。
【図８】図８は、航空機への計測受信装置の取り付けに適したベクトルバー計測センサか受信装置と移動できる堅いコネクタと支持アセンブリとの一形態の側面の部分的な断面図である。
【図９】図９は、ベクトルバー計測受信装置と移動できる堅いコネクタと支持アセンブリとのもう一つの形態の分解組み立て図である。
【図１０】図１０は、航空機のような対象物表面に対して使用され、図９に示されるアセンブリの側面から見た透視図である。
【図１１】図１１は、工場の床に取り付けるのに適した可動計測センサ支持アセンブリの側面から見た透視図である。
【図１２】図１２は、動かせるセンサと支柱を備え、図１１に示される可動計測受信装置と支持アセンブリの側面図である。
【図１３】図１３は、動かせる計測受信装置支柱を備えた図１２の部分的な側面から見た図である。
【図１４】図１４は、計測センサの位置と方向とを独立して決定するレーザ追尾装置のレーザ反射可能なＣＭＭターゲットかセンサを説明するための計測センサと支持アセンブリとのもう一つの形態の分解組み立て図である。
【図１５】図１５は、レーザの視界の範囲外にある対象物表面上にレーザテンプレートを投影するためにミラーを備えるレーザ投影システムの利用法の側面から見た部分的な模式図である。
【図１６】図１６は、リフト上に据え付けられた本発明のレーザ投影システムの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、レーザ投影装置２６を用いて対象物表面２４上にレーザテンプレート２２を投影するための、ターゲットレスレーザイメージングシステム２０の実施形態の一例と本発明の方法とを模式的に説明している。
レーザ投影装置２６は、本発明の譲受人より利用できるＬＰＳ１レーザ投影装置のように、どのような通常のレーザ投影装置でもよい。
図１に示すようなターゲットレスレーザイメージングシステム２０の開示された形態は、ダラス、バージニアのアーク・セカンド社から利用できる屋内ＧＰＳ赤外線計測発信装置か上記で説明したレーザ追尾装置のような、稼働領域において最良の位置に固定される複数の計測発信装置を含む。
代わりに、計測発信装置は、上記の装置に限らず、Ｌａｓｅｒ Ｔｈｅｏｄｅｌｉｔｅ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ Ｔｒａｃｋｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓやＯｐｔｉｃａｌ ｐｈｏｔｏｇｒａｍｅｔｅｒｙ ｄｅｖｉｃｅｓやＣａｍｅｒａ ｂａｓｅｄ ｓｙｓｔｅｍｓや他の赤外線発信装置や他のＴｒａｃｋｅｒ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅｓを使用してもよい。
ターゲットレスレーザイメージングシステム２０は、さらに、
対象物表面２４に対して固定された位置にある第１の計測受信装置か反射鏡３０と、レーザ投影装置２６に対して固定された位置にある第２の計測受信装置か反射鏡３２と、を含む。
ここで説明を簡単にするために、計測受信装置という言葉は、
例えば、上記で参照したアーク・セカンド社のアメリカ合衆国特許において説明した屋内ＧＰＳ受信装置のような能動的な受信装置と、
例えば、計測発信装置かレーザ追尾装置上にあるセンサか受信装置と組み合わせて使用する反射鏡のような受動的な装置と、
の両方を含む。
このように、どちらかの形態において、計測受信装置３２は、計測受信装置の構成物としてか、計測投影装置３０から計測投影装置３０上にあるセンサへ反射する反射鏡として、それ自身にセンサを含む。
上記で説明したように、本発明における対象物表面２４上にレーザテンプレート２２を投影する方法は、始めに、外部計測装置を使用して対象物表面２４の位置と方向とを独立して決定する工程を含む。
図１に示すようなターゲットレスレーザ投影装置２０の形態において、これは、計測発信装置２８と計測受信装置３０とを結びつけることによって成し遂げられる。
赤外線信号のような信号は、複数の計測発信装置２８から、対象物表面２４に対して固定される第１の計測受信装置３０に伝達される。
計測受信装置３０からのデータは、上記の譲受人とアーク・セカンド社の特許で説明されるコンピュータアルゴリズムを使用して対象物表面２４の正確な位置と方向とを決定するコンピュータ３４に伝達される。
本発明の方法は、レーザ投影装置とフレームとからなる構造体の最良の形態に関して以前説明したようにレーザ投影装置か計測受信装置３２に対して固定された位置にある計測発信装置２８と第２の複数の計測受信装置３２の組み合わせを使用してレーザ投影装置２６の位置と方向とを独立して決定する工程を含む。
第２の複数の受信装置３２からのデータは、また、コンピュータ３４に伝達され、コンピュータ３４は、上記のアルゴリズムを使用して、レーザ投影装置２６の位置と方向と、対象物表面２４と第１の複数の計測受信装置３０に対するレーザ投影装置２６の正確な位置を決定する。
レーザ投影装置２６からのレーザは、前もって決められた対象物表面２４上にレーザテンプレート２２を投影するために対象物表面２４に対して指向される。
【００２１】
図１に示されるターゲットレスレーザイメージングシステム２０の形態において、第２の複数の計測受信装置３２は、フレーム３６に据え付けられる。
フレーム３６は、好ましくは、レーザテンプレート２２を生成するためにレーザ４０を通す開口部３８を備え、レーザ投影装置２６に対して固定される。
示されるように、対象物表面２４は好ましくは少なくとも３個の計測受信装置３０を含み、その３個の計測受信装置３２はレーザ投影装置２６に対して固定されるか、レーザターゲット４２に対して固定される。
図１に示されるターゲットレスレーザイメージングシステム２０は、レーザ投影像のドリフトかレーザ投影装置２６の動きを修正するために使われてもよい。
開示された形態において、フレーム３６は、レーザ投影装置に対して、且つ、レーザ投影装置２６の視界の範囲内で再帰反射可能な、もしくは、活動的な一つ又は複数のレーザターゲット４２を含む。
レーザ投影装置は定期的にレーザターゲット４２の位置と方向とを走査し、追跡し、そのデータはコンピュータ３４に送られ、レーザ投影装置のレーザの位置づけのための制御装置はこの方法によって把握されるレーザ投影像のドリフトを修正する。
しかし、上記で説明したように、通常のレーザイメージングシステムはレーザ投影装置２６の視界の範囲内に、且つ、対象物表面２４上に、レーザターゲットが必要である。
レーザターゲット４２は、また、フレーム３６上に固定される。
最良の形態において、レーザ投影装置は図１に示すように、少なくとも４個のレーザターゲット４２を含む。
上記で定めたように、通常のレーザ投影装置は、又、再帰反射可能なレーザターゲットが使用されている場合、レーザ投影像のドリフトの修正のためレーザ投影装置２６の位置と方向とを決定するのに、レーザターゲット４２からの反射光を検出するセンサを含む。
【００２２】
図２〜５は、航空機４４上にレーザテンプレートを投影するために本発明におけるターゲットレスレーザイメージングシステム及び方法の実際の応用例を説明する。
航空機の設計と構造とを熟知している人は理解しているように、レーザイメージングシステムは、航空機上への設備や構成部品を据え付けやそれに続く塗装の際に、航空機の表面上にレーザテンプレートを投影するために使われている。
典型的な応用例として、例えば、航空機４４の構成部品が組み立てられてもよいし、構成部品間の接合が、炭素繊維複合素材によって覆われてもよい。
しかし、前後で定めるように、本発明のターゲットレスレーザシステムと方法とは、この応用例によって限定されない。
それから、航空機４４上にレーザテンプレートを投影するための本発明のレーザ投影システムと方法とのこの応用例は、説明する目的だけのものである。
図２〜５に示されるターゲットレスレーザ投影システムの形態において、対象物表面は航空機４４である。
【００２３】
図２〜５に示されるように、本発明のターゲットレスレーザイメージングシステムの開示された形態は、フレームアセンブリを通して航空機４４上にレーザテンプレートを投影する複数のレーザ投影装置とフレームとからなるアセンブリ４６を含む。
レーザ投影装置とフレームとからなるアセンブリ４６のいくつかは、設備や部品の取り付けや、標章や識別章等の塗装のために航空機４４を配置する工場や区画の天井部分を形成する桁４８に据え付けられる。
上部の桁に取り付けられるレーザ投影装置とフレームとからなるアセンブリ４６は、下方にある航空機４４を投影する。
レーザ投影装置とフレームからなるアセンブリのいくつかは、図３，４に示されるように調節可能な台か支柱５０に据え付けられる。
調節可能な台５０は、二つかそれ以上のレーザ投影装置とフレームとからなるアセンブリ４６を含んでもよい。
さらに、レーザ投影装置とフレームとからなるアセンブリのいくつかは、車輪５４を備える台車５２に据え付けられる。
台車５２に据え付けられたレーザ投影装置とフレームとからなるアセンブリは、工場の床５６上のある場所からある場所へ簡単に移動させられる。
台車５２はフレームアセンブリ４６を傾けるための調節できる支柱を含んでもよい。
レーザ投影装置とフレームとからなるアセンブリ４６の全ては、支柱と航空機４４に対して動くことができる。
最良の形態では、レーザ投影装置とフレームとからなるアセンブリ４６は、後で説明する図６，７に示す自在接ぎ手５８に据え付けられる。
【００２４】
図３〜５に示すターゲットレスレーザイメージングシステムは、赤外線発信装置かレーザ追尾装置か上記で説明した他の計測発信装置のような、天井の桁４８と工場の床５６との両方に据え付けられ、固定された位置と方向とにある複数の計測発信装置６０を含む。
梁４８に据え付けられる計測発信装置６０は、図４に最も良く示されるように、支柱６２と支柱６４によって固定され、支持される。
床に据え付けられる計測発信装置６０は、支柱６８に据え付けられ、支柱６８は、好ましくは動くことのできる支柱であり、計測発信装置６０は、後で詳しく説明するが計測発信装置６０の位置と方向とを変えずに支柱６８から移動させたり、置き換えたりすることができる。
【００２５】
図２〜５に示すターゲットレスレーザイメージングシステムは、開示された形態においては航空機４４である対象物表面に対して固定された複数の計測受信装置７０を含む。
当業者によって理解される通り、商用や軍事用の航空機は、図８〜１０において後で説明するように、ジャッキや起重機を使用するためのポイントを多く備える。
そのポイントは、窪みを含み、正確な位置に配置されている。
ほとんどの商用や軍事用の航空機において、複数の計測受信装置７０は、正確に計測されたジャッキや起重機のポイントに対して厳密に固定され、方向付けられてもよい。
代わりに、対象物表面が航空機以外である場合、計測受信装置７０は、図１を参照して上記で説明したように前もって決められた位置と方向とに固定されてもよい。
第１の計測受信装置７０の数は、応用例によるであろう。
上記で説明したように、計測発信装置６０と第１の複数の計測受信装置７０との組み合わせは、コンピュータ（図２〜５において図示せず）に航空機４４の正確な位置と方向とを決定させる。
【００２６】
図６と７は、図２〜５において示したレーザ投影装置とフレームとからなるアセンブリ４６の最良の形態を説明している。
上記で述べたように、レーザ投影装置とフレームとからなるアセンブリ４６は、自在接ぎ手５８に支持されてもよく、自在接ぎ手５８は、好ましくは、少なくとも二つの軸においてフレームアセンブリ４６が動いたり回転したりすることを可能にする。
自在接ぎ手５８の開示された形態は、支持平面７２を含み、支持平面７２は、レーザ投影装置とフレームとからなるアセンブリ４６の支持部分に取り付けられ、図３〜５に示し、上記で説明したように、天井桁４８か調節可能椅子５０か台車５２の支持部分に取り付けられる。
開示された形態に於ける支持平面７２は、二つのエンドボス７４を含み、二つのエンドボス７４は、Ｐｒｉｍａｒｙ ｐｉｎかＰｉｖｏｔ ｒｏｄ７６を嵌め、Ｐｉｖｏｔ ｒｏｄ７６は、Ｃｒｏｓｓ ｒｏｄ７８を含み、Ｃｒｏｓｓ ｒｏｄ７８は、投影装置とフレームとからなる構造体４６の第１の支持平面８２上のＢｒａｃｋｅｔ８０に回転軸状に支持される。
投影装置とフレームとからなるアセンブリ４６は、図２〜５に示すように、航空機４４のような対象物表面に対してレーザ投影装置８４の方向を調整するためにＰｉｖｏｔ ｒｏｄ７６とＣｒｏｓｓ ｒｏｄ７８の軸を中心に回転させてもよい。
しかし、レーザ投影装置とフレームとからなるアセンブリ４６は、適当な支持アセンブリによって支持されてもよいが、支持アセンブリは、好ましくは、レーザ投影装置８４の方向を調整できる自在接ぎ手かアセンブリを含む。
【００２７】
レーザ投影装置とフレームとからなるアセンブリ４６のフレーム８６の最良の形態において、フレーム８６は、近位の支持表面８８と遠位の開状末端９０を含む。
ここで使われているように、フレーム８６の近位の末端は、レーザ投影装置８４に隣接し、遠位の末端９０は、投影装置８４からもっとも離れている。遠位の開状末端９０は、開示された形態では、長方形であり、図７で示されるように、外側の表面９２を含む。
そして、外側の表面９２は、第２の複数の計測受信装置を備え、レーザは、外側の表面９２を通して投影される。
レーザ投影装置とフレームとからなる構成物４６の最良の形態において、レーザ投影装置８４は近位の支持表面８８に正確に支持され、第２の複数の計測受信装置９４は、レーザ投影装置８４に対して前もって決められた位置と方向とに固定される。
図１を参照して上記で説明したように、図２〜５に示される計測発信装置６０は、図６と図７のレーザ投影装置の正確な位置と方向とを決定するために、第２の複数の受信装置９４に赤外線信号のような信号を伝達する。
その際に、第２の複数の受信装置９４は、レーザ投影装置８４に対して固定された位置と方向とに配置されている。
フレーム８６は、好ましくは、穴だらけの炭素繊維のような膨張収縮係数の低い材料から形成される。
フレーム８６は、また、第２の複数の計測受信装置９４がレーザ投影装置８４に対して固定されているように、形成される。
この発明に適した材料が、Ｅ．Ｉ．Ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙから利用できるＮＯＭＥＸであり、それは非常に低い膨張収縮係数をもち、堅い炭素繊維構造を形成する。
フレームの開示された形態において、フレーム全体は、重量を減らし、堅い構造を形成するために近位の支持表面８８と遠位の開状末端９０とを連結し、三角形の開口部９８と四角形の開口部１００とを備える支柱部分９６を含む。
【００２８】
本発明のレーザ投影装置とフレームとからなるアセンブリ４６の最良の形態において、フレーム８６の遠位の開状末端９０は、本発明の譲受人から商業的に利用できる通常の再帰反射可能なレーザターゲットのような複数のレーザターゲット１０２を含む。
図６で示されるように、レーザ投影装置８４がフレームアセンブリ４６に対して固定されていない場合、レーザ投影像のドリフトを修正するために、又、レーザ投影装置８４の位置を決定するためにレーザ投影装置８４が定期的にレーザターゲット１０２を走査するように、レーザターゲット１０２は、レーザ投影装置の視界の範囲内に配置され、レーザ投影装置に対して固定される。
レーザターゲット１０２が再帰反射可能なターゲットである場合、本技術で知られているように、レーザ投影装置における反射鏡を制御し、レーザ投影像を修正するために、レーザビームは反射し、レーザ投影装置８４のセンサに戻ってくる。
しかし、上記で述べたように、通常のレーザイメージングシステムにおいて、レーザターゲットは、対象物表面上か、その近傍に固定される。
レーザ投影装置８４は、フレーム８６の遠位の開状末端９２の反対側に窓１０４を含み、それから、レーザビームはフレーム８６の遠位の開状末端９２を通して投影される。
上記説明から理解できるように、本発明におけるレーザ投影装置とフレームとからなるアセンブリ４６の目的は、計測発信装置６０（図２〜５参照）と対象物表面４４とに対するレーザ投影装置８４の位置と方向とを決定することである。
これは、上記で説明したように、フレーム８６上の計測受信装置９４に対してレーザ投影装置８４を固定することによって成し遂げられる。
代わりに、フレーム８６が、また、レーザターゲット１０２を含む場合、レーザターゲット１０２は計測受信装置９４に対して固定されてもよいし、レーザ投影装置８４はフレームアセンブリ４６に対して可動であり、”知られていない”位置にあってもよいし、レーザ投影装置８４の位置と方向とは、レーザターゲット１０２が計測受信装置９４に対して固定されているため、レーザ投影装置８４でレーザターゲット１０２を走査することによって、正確に決定されてもよい。
このように、レーザ投影装置８４の視界の範囲内にあるフレーム８６上のレーザターゲット１０２の配置は、対象物表面に対するレーザ投影装置８４の位置と方向とを決定するために使われてもよい。
【００２９】
図８〜１０は、これから説明するＧＰＳ赤外線受信装置のような”ベクトルバー”計測受信装置システムを据え付けるための２つの二者択一の形態を説明している。
本技術で知られているように、ＧＰＳ計測システムが正確に計測受信装置１０６の位置と方向とを決定できるように、ベクトルバー１０６は、共通の軸上にある前もって決められた距離に区切られた２つのセンサか計測受信装置１０８及び１１０を含む。
そのようなベクトルバーは、商業的にアーク・セカンド社から利用可能であり、当業者にはこれ以上の説明は不要だろう。
代わりに、計測受信装置は、複数の反射鏡、ＣＭＭか、計測発信装置からの信号を反射し、計測受信装置かレーザ追尾装置のセンサへ戻す他の反射鏡を含んでもよい。
この前後で示したように、図２〜５における第１の計測受信装置７０は、概して隔壁に配置され、いかなる商用か軍事用の航空機にも知られている航空機の起重機やリフトポイントのように、航空機４４に対して前もって決められた位置と方向とに固定される。
本発明のターゲットレスレーザ投影システムに関連しなくても、図８に示される計測受信装置は航空機の翼の下にベクトルバー１０６を据え付けるためのものであり、図９と１０に示されるベクトルバー据え付けアセンブリの形態は、より進歩的な設置のために設計されたものである。
前後で定めるように、最良の据え付けは、応用例と航空機４４か他の対象物表面上に利用できる設備によるであろう。
【００３０】
図８に示されるような、ベクトルバー１０６のための据え付けアセンブリ１１２は、軸受け金か航空機インタフェース設備１１２を含む。
軸受け金か航空機インタフェース設備１１２は管状末端部分１１６を備え、管状末端部分１１６は航空機４４の翼の下のシリンダ状の開口部に収納される。
また、管状末端部分１１６は、球状末端部分１２２を備えるベアリング１２０を受け入れるＳｐｈｅｒｉｃａｌ ｓｅａｔ１１８を備える。
ベアリングは、図１０に示されるような螺旋状の内部表面１２６とロッキングリング１２７とを備えるロッキングナット１２４によって軸受け金１１２に正確に固定される。
このアセンブリは、図１０に示されるように、ネジ筋がついた末端部分１３０を備えるボルト１２８によって正確に保持される。
そして、ネジ筋がついた末端部分１３０は、ネジ穴１３４を備える球１３２に嵌め込まれる。
球１３２は、好ましくは、ナイロンのような、比較的固い重合体材料から形成される。
ロッキングナット１２４が回されるとボルト１２８がピンと張り、適所にベクトルバー計測受信装置アセンブリがロックされるように、一方の球１３２は、軸受け金１１４の管状末端部分１１６に嵌め込まれ、反対側の球１３２は、ロッキングナット１２４の螺旋状の内部表面１２６に嵌め込まれる。
軸受け金１１４とベアリング１２０との間の球状の接面のために、適所にアセンブリをロックする前に、ベクトルバー１０６の方向を定めてもよい。図９と１０に示されるベクトルバー１０６の据え付けアセンブリは同じであるが、図８に示される据え付けアセンブリ１１２とは同じではない。
図９と１０に示される据え付けアセンブリ１３６において、軸受け金１１４とベアリング１２０とは、図１０に示される航空機インタフェース設備１３８によって置き換えられているが、それ以外は図８に示される据え付けアセンブリ１１２と同じである。
【００３１】
上記の説明から理解されうるように、据え付けアセンブリ１１２と１３６は、すでにわかっている位置に固定されたベクトルバー計測受信装置を据え付け、前もって決められた方向において計測受信装置へ正確な配置を提供する。
そして、それは計測受信装置が図２〜５の航空機４４の位置と方向とに配置されうるように、また、航空機が、必要とされる作業やメンテナンスのため作業区画内のどのような適当な位置に動かされてもよいようになされる。
図２〜５に示されるターゲットレスイメージングシステムかターゲットレス投影システムの最良の一形態において、それらのシステムはさらに第３の複数の計測受信装置１４０を含み、第３の複数の計測受信装置１４０は、開示された形態においては、床に据え付けられる。
第３の複数の計測受信装置１４０は、さらなるデータをコンピュータに送り、計測受信装置と特に航空機４４の位置と方向とに関するさらなる正確さを提供する。
しかし、第３の計測受信装置１４０は床に据え付けられるので、受信装置の位置と方向とを変更することなしに、航空機か他の部品が工場に受け入れられるのに応じて計測受信装置１４０を移動したり、取り換えたりすることが望ましい。
【００３２】
図１１〜１３は、今、説明された計測受信装置１４０のための可動である据え付けの最良の一形態を説明している。
可動である据え付けの開示された形態は、図１２に示されるような床に固定されるボルト１４４によって、工場の床５６に永久的に堅く取り付けられる据え付け平面１４２を含む。
据え付け平面１４２は、ナット１４６か他の適当な手段によって床に固定される。
ガスケット（図示せず）が、据え付け平面１４２と床５６の間に挟まれてもよい。
基部可動平面１４８は、図１３に示されるようなネジ１５０のような、適当な手段によって据え付け平面１４２に固定される。
後述する説明から理解されうるが、計測受信装置１４０は、工場への航空機４４の受け入れのために側面の低い支持平面１４２と基部可動平面１４８とから移動させられてもよいし、計測受信装置１４０の位置と方向とを変えることなしに取り換えられてもよい。
可動据え付けアセンブリの開示された形態は、さらに先端可動平面１６０を含み、先端可動平面１６０は、今、説明するように前もって決められた方向において基部可動平面１４６を着脱可能に保持する。
開示された形態では、基部可動平面１４６は、三つの突起を含み、それはＳｐｒｉｎｇ ｂｉａｓｅｄ ｂａｌｌ１６２である。
それから、先端可動平面１６０は三つの半球型の窪み１６４を含み、それはＳｐｈｅｒｉｃａｌ ｂａｌｌ１６２を受け入れる。
そして、図１３に示されるように基部可動平面に対して先端可動平面の方向を定める。
【００３３】
可動据え付けの開示された形態において、基部可動平面１４６は、さらに、図１３に示されるように、中心にある円柱状のマグネット１６６を含む。
先端可動平面１６０は、円柱状の開口部１６８を含み、開口部１６８は円柱状マグネット１６６を受け入れる。
そして、基部可動平面１４６に先端可動平面１６０は着脱可能に保持される。
マグネット１６６は、ネジ筋のついた開口部１７０に嵌め込まれるネジ（図示せず）のような、適当な手段によって、基部可動平面１４６に保持されてもよい。
据え付けアセンブリは、さらに、図１１に示されるようにネジかボルト１７４によって先端可動平面１６０に固定される支持平面１７２を含む。
支持平面１７２は、計測受信装置支持支柱１７６を支持し、支持支柱１７６は、図１３に示されるようにネジ筋のついた開口部１７６に受け入れられるネジ（図示せず）のような、適当な留め具によって支持平面１７２に取り付けられる。
可動支持アセンブリは、さらに、上部アセンブリを運搬するための取手部を形成する指穴１８２を備える先端平面１８０を含む。
さらに可動支持アセンブリは、基部アセンブリからの先端可動平面１６０を含み、基部可動平面１４６を含む。
センサか計測受信装置は図１１と１２では示されないが、図１１と１２に示されるネジ１８６のような適当な留め具によって先端平面１８０に保持されるカップ状の覆い１８４に内蔵される。
【００３４】
上記の説明から理解されるように、例えば、図２〜５に示されるような工場に航空機４４を受け入れるために、床に据え付けられた計測受信装置１４０は床５６から簡単に移動させてもよい。
その場合、先端平面１８０を運搬することによって、基部可動平面１４６と据え付け平面１４２から支柱１７６と支持平面１７２と先端可動平面１６０を運搬することになる。
そのアセンブリは、それから、先端可動平面１６０を基部可動平面１４６上に据え付けることによって置き換えられ、基部可動平面１４６の球１６２を先端可動平面の半球の開口部１６４に嵌め込むことによって正確に方向を定め、アセンブリを正確に再構築する。
最良の形態において、支柱は、成型されたアルミニウムのような膨張収縮係数が低く軽量で頑丈な材料から形成される。
支柱１７６の末端は、計測受信装置の配置を正確なものにするために、好ましくは平坦な状態で機械加工される。
図３〜５に示される床に据え付けられた計測発信装置６０は、同様に、可動支柱上に据え付けられる。
そして、計測発信装置６０を簡単に移動させてもよく、床に据え付けられた計測発信装置の位置と方向とを変えないで計測発信装置６０を置き換えてもよいように、計測発信装置６０は据え付けられる。
【００３５】
図１４は、計測受信装置かセンサ１８０の正確な位置と方向とを独立して決定するための本発明のレーザイメージングシステムの改善例を説明している。
図１１〜１３を参照して上記で説明したように、計測受信装置１８３の位置と方向とを変えないで計測受信装置１８３の移動と置き換えを行うために、計測受信装置１８３は、支柱１７６と先端平面１８０とを含む可動支柱に支持される。
しかし、この形態では、先端平面１８０は、開口部１８７を備える円柱型でカップ状の覆い１８５を含む。
そして、開口部１８７は、赤外線ＧＰＳ受信装置のような通常の計測受信装置１８３か、独立したＣＭＭ装置のレーザ反射鏡１８９のどちらかをはめこみ、その方向を定めるような形態を取っている。
レーザ反射鏡１８９の開示された形態は、Ｓｐｈｅｒｉｃａｌｌｙ ｍｏｕｎｔｅｄ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ（ＳＭＲ）である。
しかし、また、コーナーキューブ反射鏡（ＣＣＲ）やＰｈｏｔｏｇｒａｍｅｔｒｉｃ ｔａｒｇｅｔや再帰反射可能なレーザターゲットや他のＣＭＭセンサや反射鏡を利用してもよい。
カップ状の覆い１８５の開口部１８７は、計測受信装置１８３か、レーザ反射鏡か受信装置１８９のどちらかをはめこみ、その方向を正確に定めるように適合しているので、通常のレーザ追尾装置を使用することによって計測受信装置１８３の中心先端の位置を独立して決定するためにレーザ反射装置か受信装置１８９はカップ状の覆い１８５に挿入されてもよい。
計測受信装置１８３の開示された形態は、アーク・セカンド社から使用できる屋内ＧＰＳ赤外線受信装置かセンサであり、レーザを反射するＳＭＲ１８９とレーザ追尾装置とは上記で説明したように商業的に様々な会社のものを利用できる。
上記の説明から理解できるように、計測受信装置１８３の正確な位置と方向とは、このように、図１４に示されるＳＭＲ１８９のようなレーザ反射鏡を使用して、レーザ追尾装置をもって独立して決定される。
図１４のカップ状の覆い１８５は据え付け台１９１によって強固、且つ、正確に平面１８０に据え付けられる。
【００３６】
図１５は、レーザ投影装置２６の視界の範囲外にある対象物表面上にレーザテンプレート（図示せず）を投影するための図１に示されるレーザイメージングシステム２０の変更を説明している。
この形態において、レーザ投影装置２６は、ミラー１９２か鏡状の表面上にレーザ光線１９０を投影する。
それから、レーザ投影装置２６の視界の範囲外にあってもよい対象物表面（図示せず）上にレーザターゲットを投影するために、レーザ光線１９０は矢印１９４によって示されるようにミラー１９２から反射される。
代わりに、ミラー１９２は、レーザテンプレートを拡大するために限られた空間において利用されてもよい。
図１５に示されるレーザ投影システムの形態においては、ミラーは三つの計測受信装置１９８を備えるフレーム１９６に支持される。
その際に、計測受信装置１９８は、好ましくは、上記で説明したようにターゲットレスレーザイメージングシステムにおいてレーザイメージングシステムの使用が可能になるようにレーザ投影装置２６に対して前もって決められた位置に固定される。
言い換えると、図１５に示されるレーザイメージングシステムは、複数の計測発信装置２８（図１に掲載）を含み、フレーム１９６は、レーザ投影像のドリフトを修正するために複数のレーザターゲット２００を含んでもよい。
しかし、この形態において、レーザターゲット２００は、再帰反射可能なレーザターゲットであるよりもむしろ好ましくは、上記で参照した米国特許第５，６４６，８５９号に開示されているような電子的なターゲットである。
このように、図１５に示されるレーザ投影システムは、レーザテンプレートがミラー１９２から対象物表面上へ反射されることを除いて、他の点では図１に示されるレーザ投影システムと同じでよい。
【００３７】
図１６は、本発明のターゲットレスレーザシステムのさらなる使用例と応用例を説明している。
その中で、例えば、レーザ投影装置とフレームとからなるアセンブリ４６は、プラットフォーム２０２に据え付けられ、プラットフォーム２０２は、天井の梁２０４によって支持される伸縮自在なピストンとシリンダアセンブリに据え付けられる。
開示された形態において、プラットフォーム２０２が矢印２１０によって示される向きに昇降するように、空気圧か水圧によるシリンダ２０６は、天井の梁２０４に固定され、直立したシリンダ２０６は、プラットフォーム２０２に接合された複数のピストン２０８を伸縮自在にはめ込む。
開示された形態において、レーザ投影装置とフレームとからなるアセンブリ４６は、航空機の尾翼２１６上にレーザテンプレート２１４を投影するためにＬ型の支柱かフレーム２１２によってプラットフォームに支持される。
理解されるように、図１６に示されるレーザイメージングシステムは、いかなる大きな表面上に、特に工場（図示せず）の床の上に配置された大きな表面上に、レーザテンプレートを投影するために使用されてもよい。
図１６に示されるレーザ投影システムは、他の点では図２〜５に示されるレーザ投影システムと同じであり、航空機の尾翼２１６に対して前もって決められ、認識されている位置に固定された複数の計測発信装置６０と第１の複数の計測受信装置７０とを含む。
示されるように、プラットフォーム２０２は、レーザテンプレート２１４に対してデカールを塗装するための人員を載せることができるほど大きい。
【００３８】
本発明における最良の形態の上記の説明から理解されるように、様々な変更が、従属項の範囲内において本発明のレーザ投影システムと方法に対して為されてもよい。
例えば、上記で説明されたように、様々な計測装置が本発明のターゲットレスレーザイメージングシステムで使われてもよいし、本発明は、アーク・セカンド社の上記参照した米国特許で説明され、開示された屋内赤外線ＧＰＳシステム等に限定されない。
また、Ｌａｓｅｒ ｆｉｅｌｄ ｌｉｇｈｔ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓやＯｐｔｉｃａｌ ｐｈｏｔｏｇｒａｍｅｔｒｙやＣａｍｅｒａ ｂａｓｅｄ ｓｙｓｔｅｍｓや他のレーザ追尾計測システムを含む他の計測装置が使用されてもよい。
特に、計測発信装置は、計測受信装置の反射可能な表面上にレーザを投影してもよく、レーザは、計測受信装置かレーザ追尾計測システム上か、それに接続されたセンサか受信装置に反射される。
さらに、本発明のターゲットレスレーザ投影システムは、他の対象物表面上にレーザテンプレートを投影するために使用されてもよく、本発明は、航空機の応用例に限定されない。
さらに、本発明のターゲットレスレーザ投影システムは、開示されたレーザ投影装置とフレームとからなるアセンブリ４６に限定されず、レーザのドリフトを修正するための他の方法に開示されたレーザターゲット以外のものを使用してもよい。
また、レーザの視界の範囲外の対象物表面上にレーザターゲットを投影するためのミラーの使用法は、通常のレーザイメージングシステムを利用してもよいことは理解されるべきであろう。
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２００３年９月１０日に出願した米国仮出願番号６０／５０１，８８５の優先権を主張する。
【０００２】
この発明は、表面にレーザテンプレートを投影するための方法と装置に関し、特に、表面上のレーザターゲットなしで表面にレーザテンプレートを投影するための方法と装置か、レーザ投影システムの応用例を増やす”ターゲットレス”レーザ投影システムと方法を含み、航空機のような、若しくは、表面上のレーザターゲットが動作の邪魔をしてしまうような、若しくは、通常のレーザ投影システムでは実用に向かないか、不可能であるような巨大な表面上へのレーザテンプレートの投影を含む。
【背景技術】
【０００３】
現在、可視レーザ投影システムは、産業界において、レーザの輪郭か”テンプレート”を対象物表面に投影するために広く使われている。特に、プレハブ住宅の建材や航空機の構成部品のような巨大な二次元か三次元のアセンブリを組み立てるときに可視レーザ投影システムは使われている。正確にレーザ投影装置の特長を引き出し、組み立てられるアセンブリや構成物に対してレーザ投影装置を正確な位置に設置することによって、レーザ投影装置は、平面や曲面である対象物表面上の座標にレーザ投影像やテンプレートを正確に写し出す。
【０００４】
例えば、この出願の譲受人に一部を譲渡された米国特許第５，６４６，８５９号（特許文献１）は、プレハブ住宅のようなアセンブリを組み立てるときにレーザテンプレートを定めるための方法と装置を開示している。この特許で開示された方法と特許は、製品表面の上方に据え付けられた単体か複数のレーザ投影装置と、製品表面近傍の前もって決められた位置に固定された複数のレーザセンサかレーザターゲットと、レーザ投影装置上にあるコンピュータ及びセンサと、を含む。レーザ投影装置は定期的に又は連続的にレーザターゲットを走査し、レーザターゲットからレーザ投影装置のセンサに反射した光は、それぞれのターゲットデータの中心に関連した正確な投影角度を決定する。それから、一連の数学的アルゴリズムを使用して、製品表面かその一部に対するレーザ投影装置の正確な位置と方向とがコンピュータによって計算される。あらかじめ示されているリストと共に、この空間上の情報によってレーザ投影装置に製品表面上の部分の正確なレーザテンプレートかレーザの輪郭を発生させる。上記に参照した特許に開示されているように、レーザ投影装置は、製品表面かさらに大きな構成物に対して固定されてもよいし、複数のレーザ投影装置が使われてもよいし、レーザ投影装置が製品表面に対して動いてもよい。レーザターゲットか位置センサはフォトトランジスタを含んでもよいが、現在、ほとんどの応用例では、再帰反射可能なターゲットが使用されている。
【０００５】
上記の補正方法は、レーザ投影の広い範囲において必要とされる正確さを提供する。典型的な誤差の仕様は、レーザ光に垂直に計測した場合、１０フィートから１５フィート離れた距離に対して±０．０１５インチである。対象物表面上かその近傍に前もって決められた位置にあるレーザ投影装置の視界の範囲に十分な数のレーザターゲットの位置が検出される限り、据え付けられる位置は任意に選択できるので、この誤差の仕様はレーザ投影装置の位置づけを柔軟性のあるものにする。典型的な応用例では、組み立てられるアセンブリか部分と製品か対象物表面に対してレーザ投影装置の位置を確立するためにセンサシステム（レーザターゲットとセンサ）によって最小限四つのレーザターゲットが配置されなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５６４６８５９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記のように、対象物表面上かその近傍に固定されるレーザターゲットの必要条件は、レーザ投影装置の応用を限定する。例えば、航空機の炭素繊維複合素材を配置するためには、通常、複合素材に覆われた対象物表面上にターゲットの位置を定める必要性がある。さらに、アセンブリや対象物表面が大きい場合、必要とされるレーザを投影する範囲が大きくなるので、正確且つ明確な投影を維持しながら、レーザ投影装置の視界の範囲内にレーザや上記のターゲットを配置することができない。この発明のレーザ投影システムによって取り組まれる他の問題は、室温と湿度の変化によって引き起こされるレーザ投影か投影像のドリフトである。さらに、上記のレーザターゲットは、Ｔｈｅｏｄｅｌｉｔｅ ｌａｓｅｒ ｔｒａｃｋｅｒか他の座標計測機器（ＣＭＭ）を使用してのそれぞれの目標座標の正確な計測と共に、目標か機器上の適切な位置への据え付けが必要とされ、使いづらい。ここで使われているように、ＣＭＭはどのような座標計測システムにも対応している。さらに、レーザ投影装置が配置される、又は、動かされるとき、適切なレーザか参照するターゲットを配置し、特定するために、レーザ投影装置は操作者の操作によって通常移動させられ、レーザ投影装置の配置は、レーザターゲットが適切な位置で反射することを確実にするために制御されなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本特許のレーザ投影システムと方法の開示されている形態は、アーク・セカンド社の米国特許第６，５０１，５４３号と米国特許第６，５３５，２８２号に開示されているような屋内の全地球測位システム（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ；ＧＰＳ）を利用している。
屋内全地球測位システムは、また、商業的にアーク・セカンド社から利用できる。しかし、本発明におけるレーザ投影システムと方法は、屋内全地球測位システムに限定されていない。Ｌａｓｅｒ ｔｈｅｏｄｅｌｉｔｅ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓやＯｐｔｉｃａｌ ｐｈｏｔｏｇｒａｍｅｔｒｙ ｄｅｖｉｃｅｓやＣａｍｅｒａ ｂａｓｅ ｓｙｓｔｅｍｓや赤外線発信計測装置や他のＭｅｔｒｏｌｏｇｙ ｔｒａｃｋｅｒ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅｓを含む、他の外部計測装置が利用されてもよい。例えば、ライカジオシステムズとノーザンデジタルは三次元測定のためのレーザ追跡装置を提供する。そこにおいて、計測発信装置からのレーザは、発信装置上のセンサへの同一方向上にあるミラーかコーナーキューブ反射器によって反射され、受信装置からのデータは、反射鏡の位置を決定するためにコンピュータへ伝達される。これらの外部計測装置は、計測発信装置、通常は光発信装置と、複数の計測受信装置か、前もって決められた位置に固定された反射鏡を含む。
【０００９】
のちに”レーザテンプレート”と呼ぶレーザの輪郭を、のちに”対象物表面”と呼ぶ表面か道具に、投影するこの発明の方法は、次の段階を含む。
始めに、この発明の方法は、
上記で説明したように、外部計測装置を使用して対象物表面の位置と方向とを自主的に決定する工程と、
外部計測装置を使用してレーザ投影装置の位置と方向とを自主的に決定する工程と、を含む。
上記で定めたように、外部計測装置は一般に、固定された位置にある複数の計測発信装置、典型として赤外線計測発信装置のような光計測発信装置と、また固定された位置にある複数の計測受信装置と、を含む。
ここで使われているような”計測受信装置”という言葉は、
屋内ＧＰＳ受信装置のような能動的な受信装置と、
計測発信装置上のセンサに光を反射させるミラーやコーナーキューブ反射器のような受動的な装置と、
の両方を含み、
このように両方の形態は、
受信装置に内蔵されているセンサを備える。
外部計測装置を使用して対象物表面の位置と方向とを決定する工程において、第１の複数の計測受信装置は、対象物表面に対して固定される。
外部計測装置を使用してレーザ投影装置の位置と方向とを決定する工程において、第２の複数の計測受信装置は、レーザ投影装置か複数の投影装置に対して固定される。
ここで使われる”固定される”という言葉は、
発信装置や受信装置やレーザターゲット等の位置を決定するために必要とされる程、その位置が安定していることを、意味する。
【００１０】
それから、本発明の方法は、
外部計測装置からコンピュータへ信号を送信する工程を含み、
そのコンピュータは、
対象物表面に対するレーザ投影装置の位置と方向とを決定するために外部計測装置から受信したデータを使用する。
計測受信装置はコンピュータへ接続されてもよいし、計測受信装置からのデータはワイヤレスシステムによってコンピュータへ伝達してもよい。
それから、この発明の方法は、
コンピュータからのデータを使用して、前もって決められる、又は、定められる位置と方向における対象物表面上にレーザテンプレートを投影するために対象物表面に対してレーザ投影装置か複数の投影装置からのレーザを向ける工程と、
レーザ投影装置で、前もって決められた位置と方向における対象物表面上にレーザテンプレートを投影する工程と、
を含む。
本発明における対象物表面上にレーザテンプレートを投影する方法は対象物表面上又はその近傍のレーザターゲットの必要がなく、対象物表面上又は近傍のレーザターゲットに対するレーザ投影装置の補正もなく、そのため、”ターゲットレス”である。さらに、計測受信装置はレーザ投影装置か複数の投影装置の視界の範囲内にある必要がない。
【００１１】
本発明における対象物表面上にレーザテンプレートを投影する方法の最良の形態は、対象物表面上、又は、その近傍において前もって決められた位置に固定されたレーザターゲット無しで、上記で説明したようなレーザターゲットに対してレーザ投影装置の補正をせずに、レーザ投影か投影像のドリフトかレーザ投影装置の動きを修正するために使用してもよい。
この発明におけるレーザのドリフトかレーザ投影装置の動きを修正する方法の開示された形態は、レーザ投影装置の視界の範囲内でレーザターゲット上にレーザ投影装置からレーザを定期的に、又は、連続的に投影する工程を含む。
つまり、対象物表面に対して前もって決められた位置に固定されたレーザターゲットを走査する工程ではない。
本発明のレーザドリフトを修正する方法は、対象物表面ではなく、むしろ、投影装置に対してレーザターゲットを固定する工程を含む。
代わりに、レーザターゲットは、レーザターゲットを走査することによってレーザ投影装置の配置を許すレーザ投影装置の視界の範囲内で計測受信装置に対して固定されてもよい。
前述したように、本発明におけるレーザ投影システムの形態では、
レーザ投影装置は、
レーザ投影装置の反対側にレーザターゲットを有するフレームアセンブリに支持され、
レーザのドリフトかレーザ投影装置の動きを修正するために、定期的に、又は、連続的に、レーザターゲットを走査する。
上記で説明したように、レーザターゲットが再帰反射可能なターゲットである場合、
本発明における方法は、
レーザターゲットからレーザ投影装置上のセンサにレーザ光を反射する工程と、
レーザ投影像のドリフトかレーザ投影装置の動きを修正する制御装置に接続されたコンピュータへ信号を送信する工程と、
を含む。
【００１２】
本発明のフレームアセンブリの好ましい一つの実施例において、フレームは支持表面と開状末端部分とを含む。
レーザ投影装置は、正確にフレームアセンブリの支持表面に支持され、
本発明の方法は、フレームアセンブリの開状末端部分を通して、レーザテンプレートを投影する工程を含む。
フレームアセンブリの開示された形態における計測受信装置は、
本発明の方法によってレーザターゲットとレーザ投影装置の位置と方向とを正確に決定するためにフレームアセンブリの開状末端部分にたいして前もって決められた位置に取り付けられる。
さらに、フレームアセンブリの開示された形態において、レーザターゲットは、レーザ投影装置の反対側に、且つ、フレームアセンブリの遠位の開状末端上に配置される。
本発明の方法は、定期的にフレームの遠位開状末端上のレーザターゲットを走査し、レーザ投影像のドリフトとレーザ投影装置の動きとを修正する工程を含む。
しかし、計測受信装置がレーザターゲットに対して固定されている場合、レーザ投影装置は、フレームに対して動いてもよいし、レーザターゲットを走査することによってその位置と方向とを決定してもよい。
ここで使われているように、”定期的に”という言葉は、連続的にレーザターゲットを走査することを含み、レーザターゲットは、上記で参照した米国特許第５，６４６，８５９号に開示されているように、例えば、再帰反射可能なターゲットであってもよいし、他の適当なターゲットであってもよいし、位置センサであってもよい。
【００１３】
このように、本発明の”ターゲットレス”レーザイメージングシステムは、固定された位置にある複数の計測発信装置と、レーザ投影装置もしくは複数のレーザ投影装置と、第１の計測受信装置かターゲット反射鏡と、上記で説明したように対象物表面に対して固定された位置にある計測発信装置上の受信装置と、レーザ投影装置に対して固定された位置にある第２の計測受信装置かターゲット反射鏡と、から構成される。
対象物表面に対するレーザ投影装置の正確な位置と方向とを決定し、レーザ投影装置に対象物表面上にレーザテンプレートを投影させるために、レーザイメージングシステムは、さらに、計測受信装置、もしくは、センサからデータを受信するコンピュータを含む。
上記で説明したように、本発明のレーザイメージングシステムは、レーザ投影装置の視界の範囲内で、且つ、レーザ投影装置に対して固定された位置にある複数のレーザターゲットをさらに含んでもよい。
また、レーザターゲットが計測受信装置に対して固定されていて、コンピュータが、レーザ投影装置にレーザターゲットを定期的に走査させ、レーザ投影像のドリフトかレーザ投影装置の動きを修正させるように制御するのであれば、レーザ投影装置は、可動であってもよい。
【００１４】
上記で説明したように、本発明のレーザイメージングシステムの開示された形態において、レーザ投影装置は、遠位の開状末端を備えるフレームアセンブリの支持表面に正確に支持されてもよく、複数の計測受信装置かターゲット反射鏡は、レーザ投影装置の位置と方向との独立した決定が為されるように、前もって決められた位置で、且つ、フレームの遠位の開状末端に固定される。
上記で説明したように、フレームアセンブリがレーザ投影装置の反対側にレーザターゲットを含む場合、レーザターゲットはレーザ投影装置から距離をおかなければならず、フレームアセンブリの開示された形態はフレームアセンブリの支持表面と遠位の開状末端とを連結する支柱部分を含む。
本発明のレーザ投影装置とセンサアセンブリとの最良の形態では、熱膨張か収縮によるエラーを防ぐために、フレームアセンブリは、炭素繊維複合材のような膨張収縮係数の低い材料のみから形成される。
計測受信装置か反射鏡の位置と方向とは計測受信装置かレーザ投影装置に対して固定されているので、レーザ投影装置は必要に応じて対象物表面に対して動かされてもよい。
開示された形態において、レーザ投影装置とフレームとからなるアセンブリとは自在接ぎ手上に支持され、少なくとも二つの軸においてレーザ投影装置が動くのを可能にする。
ここで開示されているように、レーザ投影装置は、対象物表面に対するレーザ投影装置の移動を簡便にするために台車に支持されてもよい。
さらに、第１の複数の計測受信装置か反射鏡は、対象物表面に対して前もって決められた位置に固定されているので、対象物表面はレーザ投影装置に対して動かされてもよい。
【００１５】
上記で述べたように、本発明におけるレーザ投影システムと方法は特に、レーザターゲットが、続いて行われる作業の邪魔になるような場合に、対象物表面上にレーザテンプレートを投影するのに適当である。
ここで述べる作業とは、航空機の機体のような巨大な対象物表面上のＰｌｙ ｌａｙｕｐであり、デカールの塗装や設備の設置や航空機のような対象物表面の部品間の接合部を覆うための作業である。
本発明におけるレーザ投影システムと方法とは、特定の応用例に限定されない。
そのような応用例において、対象物表面の位置と方向とを決定するために反射鏡か受信装置を床上に配置するが、その際、計測受信装置か反射鏡を支柱上に固定することが望ましい。
本発明における計測受信装置アセンブリの最良の形態において、計測受信装置の位置と方向とを変えずに、受信装置アセンブリは支柱から移動させられたり、取り替えられたりすることができる。
本形態において、計測受信装置アセンブリは、前もって決められた位置にある工場の支柱に永久的にはり付けられるように適合している支持支柱を含む。
基部可動平面は、支持支柱の先端に固定され、アセンブリは受信装置を支持する部分を含み、その支持する部分は、着脱可能であるように基部可動平面に取り付けられる先端可動平面を備える。
受信装置アセンブリの最良の形態では、先端可動平面と基部可動平面の内の一方は、等間隔に存在する複数の出っ張りを含み、先端可動平面と基部可動平面の内のもう一方は、等間隔に存在する複数の窪みを備え、その窪みは、出っ張りをはめ込み、基部可動平面に対して先端可動平面を結合させ、その方向を定めるようにする。
それから、それは、計測受信装置の位置と方向とを変えずに、先端可動平面と受信装置支柱と計測受信装置か反射鏡とを支持支柱から移動させたり、置き換えたりしてもよいように為される。
本発明の計測受信装置アセンブリの開示された形態では、先端可動平面と受信装置支持部と計測受信装置が、アセンブリの位置と方向とを変更せずに簡単に支持支柱上からの移動と取り替えが可能なように、先端可動平面は、着脱可能であるように磁石によって基部可動平面に取り付けられる。
【００１６】
また、多くの応用例において計測受信装置の位置と方向とを独立して決定することが望ましい。
本発明のレーザ投影システムは、上記で説明したように、前もって決められた位置と方向とに固定されるように適合している支柱を備える計測受信装置を含む。
計測受信装置アセンブリの開示された一形態では、支柱は、支柱に据え付けられるカップ状の覆いと、計測発信装置からの信号を受信、若しくは、反射するように適合している第１の計測受信装置と、Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｍｏｕｎｔｅｄ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ（ＳＭＲ）やコーナーキューブ反射鏡（ＣＣＲ）やＰｈｏｔｏｇｒａｍｅｔｒｉｃか再帰反射可能なレーザターゲットのような、レーザを反射する第２の受信装置と、を含む。
計測受信装置の位置と方向とがある装置によって必要とされる正確さをもって決定され、確認されるように、カップ状の覆いは、第１の計測受信装置の一つか、ＣＭＭレーザ反射受信装置をはめ込み、その方向を定めるような形態をとる。
【００１７】
また、レーザ投影装置の視界の範囲外に配置されている対象物表面上にレーザテンプレートを投影するために本発明のレーザ投影システムと方法とを使用することも可能である。
本発明のレーザ投影システムの開示された一形態において、レーザ投影装置の視界の範囲外に配置されている対象物表面にレーザテンプレートを投影するために、レーザテンプレートは鏡状の表面に投影される。
最良の形態において、そのミラーは上記で説明したようにレーザターゲットを備えるフレームアセンブリによって支持される。
レーザ投影装置とミラーから成るアセンブリがターゲットレスレーザ投影システムにおいて使われている場合、上記で説明したように、そのミラーフレームは、計測受信装置か、反射鏡かを含んでもよい。
最後に、本発明のレーザ投影システムのレーザ投影装置は、応用例によってはリフトのような、他の運搬手段に据え付けられてもよい。
開示された一形態では、レーザ投影装置とフレームからなるアセンブリは、それ以降の動作のために人が使うプラットフォームに据え付けられる。
プラットフォームは、空気圧か水圧による直立したシリンダに伸縮自在なように嵌め込まれたピストンに据え付けられ、そのシリンダは工場の天井に取り付けられる。
その結果、必要に応じて、プラットフォームを垂直に動かすことが可能になる。
【００１８】
この技術に習熟した人は理解できるであろうが、従属項の範囲内で様々な変更が、本発明のレーザ投影システムと方法に対して為されてもよい。
例えば、本発明のレーザ投影システムと方法には、屋内ＧＰＳ計測装置やレーザ追尾装置に限らず、他の計測装置を使用してもよい。
本発明の方法とレーザ投影システムに使われるコンピュータは、複数のコンピュータであってもよい。
請求項を除いた、この後にある本発明の最良の形態の説明と添付の図面において開示された方法と装置の例は、説明する目的のみのものであって、ここで開示された発明を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明のターゲットレスレーザ投影システムと対象物表面上にレーザテンプレートを投影する方法との基本的な構成の部分的で模式的な側面図である。
【図２】図２は、次の動作のために航空機上にレーザテンプレートを投影するための工場の形態の上から見た図面である。
【図３】図３は、図１の側面図である。
【図４】図４は、図２と３の端面図である。
【図５】図５は、図２〜４のさらなる理解のために動かせる天井アセンブリの上部を備えた図２〜４の前面の部分図である。
【図６】図６は、図２〜５に示される本発明のレーザ投影装置とフレームとからなるアセンブリの一形態の側面から見た透視図である。
【図７】図７は、自在接ぎ手上に傾けられているフレームをもつ図６に示されるレーザ投影装置とフレームとからなるアセンブリの側面から見た透視図である。
【図８】図８は、航空機への計測受信装置の取り付けに適したベクトルバー計測センサか受信装置と移動できる堅いコネクタと支持アセンブリとの一形態の側面の部分的な断面図である。
【図９】図９は、ベクトルバー計測受信装置と移動できる堅いコネクタと支持アセンブリとのもう一つの形態の分解組み立て図である。
【図１０】図１０は、航空機のような対象物表面に対して使用され、図９に示されるアセンブリの側面から見た透視図である。
【図１１】図１１は、工場の床に取り付けるのに適した可動計測センサ支持アセンブリの側面から見た透視図である。
【図１２】図１２は、動かせるセンサと支柱を備え、図１１に示される可動計測受信装置と支持アセンブリの側面図である。
【図１３】図１３は、動かせる計測受信装置支柱を備えた図１２の部分的な側面から見た図である。
【図１４】図１４は、計測センサの位置と方向とを独立して決定するレーザ追尾装置のレーザ反射可能なＣＭＭターゲットかセンサを説明するための計測センサと支持アセンブリとのもう一つの形態の分解組み立て図である。
【図１５】図１５は、レーザの視界の範囲外にある対象物表面上にレーザテンプレートを投影するためにミラーを備えるレーザ投影システムの利用法の側面から見た部分的な模式図である。
【図１６】図１６は、リフト上に据え付けられた本発明のレーザ投影システムの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、レーザ投影装置２６を用いて対象物表面２４上にレーザテンプレート２２を投影するための、ターゲットレスレーザイメージングシステム２０の実施形態の一例と本発明の方法とを模式的に説明している。
レーザ投影装置２６は、本発明の譲受人より利用できるＬＰＳ１レーザ投影装置のように、どのような通常のレーザ投影装置でもよい。
図１に示すようなターゲットレスレーザイメージングシステム２０の開示された形態は、ダラス、バージニアのアーク・セカンド社から利用できる屋内ＧＰＳ赤外線計測発信装置か上記で説明したレーザ追尾装置のような、稼働領域において最良の位置に固定される複数の計測発信装置を含む。
代わりに、計測発信装置は、上記の装置に限らず、Ｌａｓｅｒ Ｔｈｅｏｄｅｌｉｔｅ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ Ｔｒａｃｋｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓやＯｐｔｉｃａｌ ｐｈｏｔｏｇｒａｍｅｔｅｒｙ ｄｅｖｉｃｅｓやＣａｍｅｒａ ｂａｓｅｄ ｓｙｓｔｅｍｓや他の赤外線発信装置や他のＴｒａｃｋｅｒ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅｓを使用してもよい。
ターゲットレスレーザイメージングシステム２０は、さらに、
対象物表面２４に対して固定された位置にある第１の計測受信装置か反射鏡３０と、レーザ投影装置２６に対して固定された位置にある第２の計測受信装置か反射鏡３２と、を含む。
ここで説明を簡単にするために、計測受信装置という言葉は、
例えば、上記で参照したアーク・セカンド社のアメリカ合衆国特許において説明した屋内ＧＰＳ受信装置のような能動的な受信装置と、
例えば、計測発信装置かレーザ追尾装置上にあるセンサか受信装置と組み合わせて使用する反射鏡のような受動的な装置と、
の両方を含む。
このように、どちらかの形態において、計測受信装置３２は、計測受信装置の構成物としてか、計測投影装置３０から計測投影装置３０上にあるセンサへ反射する反射鏡として、それ自身にセンサを含む。
上記で説明したように、本発明における対象物表面２４上にレーザテンプレート２２を投影する方法は、始めに、外部計測装置を使用して対象物表面２４の位置と方向とを独立して決定する工程を含む。
図１に示すようなターゲットレスレーザ投影装置２０の形態において、これは、計測発信装置２８と計測受信装置３０とを結びつけることによって成し遂げられる。
赤外線信号のような信号は、複数の計測発信装置２８から、対象物表面２４に対して固定される第１の計測受信装置３０に伝達される。
計測受信装置３０からのデータは、上記の譲受人とアーク・セカンド社の特許で説明されるコンピュータアルゴリズムを使用して対象物表面２４の正確な位置と方向とを決定するコンピュータ３４に伝達される。
本発明の方法は、レーザ投影装置とフレームとからなる構造体の最良の形態に関して以前説明したようにレーザ投影装置か計測受信装置３２に対して固定された位置にある計測発信装置２８と第２の複数の計測受信装置３２の組み合わせを使用してレーザ投影装置２６の位置と方向とを独立して決定する工程を含む。
第２の複数の受信装置３２からのデータは、また、コンピュータ３４に伝達され、コンピュータ３４は、上記のアルゴリズムを使用して、レーザ投影装置２６の位置と方向と、対象物表面２４と第１の複数の計測受信装置３０に対するレーザ投影装置２６の正確な位置を決定する。
レーザ投影装置２６からのレーザは、前もって決められた対象物表面２４上にレーザテンプレート２２を投影するために対象物表面２４に対して指向される。
【００２１】
図１に示されるターゲットレスレーザイメージングシステム２０の形態において、第２の複数の計測受信装置３２は、フレーム３６に据え付けられる。
フレーム３６は、好ましくは、レーザテンプレート２２を生成するためにレーザ４０を通す開口部３８を備え、レーザ投影装置２６に対して固定される。
示されるように、対象物表面２４は好ましくは少なくとも３個の計測受信装置３０を含み、その３個の計測受信装置３２はレーザ投影装置２６に対して固定されるか、レーザターゲット４２に対して固定される。
図１に示されるターゲットレスレーザイメージングシステム２０は、レーザ投影像のドリフトかレーザ投影装置２６の動きを修正するために使われてもよい。
開示された形態において、フレーム３６は、レーザ投影装置に対して、且つ、レーザ投影装置２６の視界の範囲内で再帰反射可能な、もしくは、活動的な一つ又は複数のレーザターゲット４２を含む。
レーザ投影装置は定期的にレーザターゲット４２の位置と方向とを走査し、追跡し、そのデータはコンピュータ３４に送られ、レーザ投影装置のレーザの位置づけのための制御装置はこの方法によって把握されるレーザ投影像のドリフトを修正する。
しかし、上記で説明したように、通常のレーザイメージングシステムはレーザ投影装置２６の視界の範囲内に、且つ、対象物表面２４上に、レーザターゲットが必要である。
レーザターゲット４２は、また、フレーム３６上に固定される。
最良の形態において、レーザ投影装置は図１に示すように、少なくとも４個のレーザターゲット４２を含む。
上記で定めたように、通常のレーザ投影装置は、又、再帰反射可能なレーザターゲットが使用されている場合、レーザ投影像のドリフトの修正のためレーザ投影装置２６の位置と方向とを決定するのに、レーザターゲット４２からの反射光を検出するセンサを含む。
【００２２】
図２〜５は、航空機４４上にレーザテンプレートを投影するために本発明におけるターゲットレスレーザイメージングシステム及び方法の実際の応用例を説明する。
航空機の設計と構造とを熟知している人は理解しているように、レーザイメージングシステムは、航空機上への設備や構成部品を据え付けやそれに続く塗装の際に、航空機の表面上にレーザテンプレートを投影するために使われている。
典型的な応用例として、例えば、航空機４４の構成部品が組み立てられてもよいし、構成部品間の接合が、炭素繊維複合素材によって覆われてもよい。
しかし、前後で定めるように、本発明のターゲットレスレーザシステムと方法とは、この応用例によって限定されない。
それから、航空機４４上にレーザテンプレートを投影するための本発明のレーザ投影システムと方法とのこの応用例は、説明する目的だけのものである。
図２〜５に示されるターゲットレスレーザ投影システムの形態において、対象物表面は航空機４４である。
【００２３】
図２〜５に示されるように、本発明のターゲットレスレーザイメージングシステムの開示された形態は、フレームアセンブリを通して航空機４４上にレーザテンプレートを投影する複数のレーザ投影装置とフレームとからなるアセンブリ４６を含む。
レーザ投影装置とフレームとからなるアセンブリ４６のいくつかは、設備や部品の取り付けや、標章や識別章等の塗装のために航空機４４を配置する工場や区画の天井部分を形成する桁４８に据え付けられる。
上部の桁に取り付けられるレーザ投影装置とフレームとからなるアセンブリ４６は、下方にある航空機４４を投影する。
レーザ投影装置とフレームからなるアセンブリのいくつかは、図３，４に示されるように調節可能な台か支柱５０に据え付けられる。
調節可能な台５０は、二つかそれ以上のレーザ投影装置とフレームとからなるアセンブリ４６を含んでもよい。
さらに、レーザ投影装置とフレームとからなるアセンブリのいくつかは、車輪５４を備える台車５２に据え付けられる。
台車５２に据え付けられたレーザ投影装置とフレームとからなるアセンブリは、工場の床５６上のある場所からある場所へ簡単に移動させられる。
台車５２はフレームアセンブリ４６を傾けるための調節できる支柱を含んでもよい。
レーザ投影装置とフレームとからなるアセンブリ４６の全ては、支柱と航空機４４に対して動くことができる。
最良の形態では、レーザ投影装置とフレームとからなるアセンブリ４６は、後で説明する図６，７に示す自在接ぎ手５８に据え付けられる。
【００２４】
図３〜５に示すターゲットレスレーザイメージングシステムは、赤外線発信装置かレーザ追尾装置か上記で説明した他の計測発信装置のような、天井の桁４８と工場の床５６との両方に据え付けられ、固定された位置と方向とにある複数の計測発信装置６０を含む。
梁４８に据え付けられる計測発信装置６０は、図４に最も良く示されるように、支柱６２と支柱６４によって固定され、支持される。
床に据え付けられる計測発信装置６０は、支柱６８に据え付けられ、支柱６８は、好ましくは動くことのできる支柱であり、計測発信装置６０は、後で詳しく説明するが計測発信装置６０の位置と方向とを変えずに支柱６８から移動させたり、置き換えたりすることができる。
【００２５】
図２〜５に示すターゲットレスレーザイメージングシステムは、開示された形態においては航空機４４である対象物表面に対して固定された複数の計測受信装置７０を含む。
当業者によって理解される通り、商用や軍事用の航空機は、図８〜１０において後で説明するように、ジャッキや起重機を使用するためのポイントを多く備える。
そのポイントは、窪みを含み、正確な位置に配置されている。
ほとんどの商用や軍事用の航空機において、複数の計測受信装置７０は、正確に計測されたジャッキや起重機のポイントに対して厳密に固定され、方向付けられてもよい。
代わりに、対象物表面が航空機以外である場合、計測受信装置７０は、図１を参照して上記で説明したように前もって決められた位置と方向とに固定されてもよい。
第１の計測受信装置７０の数は、応用例によるであろう。
上記で説明したように、計測発信装置６０と第１の複数の計測受信装置７０との組み合わせは、コンピュータ（図２〜５において図示せず）に航空機４４の正確な位置と方向とを決定させる。
【００２６】
図６と７は、図２〜５において示したレーザ投影装置とフレームとからなるアセンブリ４６の最良の形態を説明している。
上記で述べたように、レーザ投影装置とフレームとからなるアセンブリ４６は、自在接ぎ手５８に支持されてもよく、自在接ぎ手５８は、好ましくは、少なくとも二つの軸においてフレームアセンブリ４６が動いたり回転したりすることを可能にする。
自在接ぎ手５８の開示された形態は、支持平面７２を含み、支持平面７２は、レーザ投影装置とフレームとからなるアセンブリ４６の支持部分に取り付けられ、図３〜５に示し、上記で説明したように、天井桁４８か調節可能椅子５０か台車５２の支持部分に取り付けられる。
開示された形態に於ける支持平面７２は、二つのエンドボス７４を含み、二つのエンドボス７４は、Ｐｒｉｍａｒｙ ｐｉｎかＰｉｖｏｔ ｒｏｄ７６を嵌め、Ｐｉｖｏｔ ｒｏｄ７６は、Ｃｒｏｓｓ ｒｏｄ７８を含み、Ｃｒｏｓｓ ｒｏｄ７８は、投影装置とフレームとからなる構造体４６の第１の支持平面８２上のＢｒａｃｋｅｔ８０に回転軸状に支持される。
投影装置とフレームとからなるアセンブリ４６は、図２〜５に示すように、航空機４４のような対象物表面に対してレーザ投影装置８４の方向を調整するためにＰｉｖｏｔ ｒｏｄ７６とＣｒｏｓｓ ｒｏｄ７８の軸を中心に回転させてもよい。
しかし、レーザ投影装置とフレームとからなるアセンブリ４６は、適当な支持アセンブリによって支持されてもよいが、支持アセンブリは、好ましくは、レーザ投影装置８４の方向を調整できる自在接ぎ手かアセンブリを含む。
【００２７】
レーザ投影装置とフレームとからなるアセンブリ４６のフレーム８６の最良の形態において、フレーム８６は、近位の支持表面８８と遠位の開状末端９０を含む。
ここで使われているように、フレーム８６の近位の末端は、レーザ投影装置８４に隣接し、遠位の末端９０は、投影装置８４からもっとも離れている。遠位の開状末端９０は、開示された形態では、長方形であり、図７で示されるように、外側の表面９２を含む。
そして、外側の表面９２は、第２の複数の計測受信装置を備え、レーザは、外側の表面９２を通して投影される。
レーザ投影装置とフレームとからなる構成物４６の最良の形態において、レーザ投影装置８４は近位の支持表面８８に正確に支持され、第２の複数の計測受信装置９４は、レーザ投影装置８４に対して前もって決められた位置と方向とに固定される。
図１を参照して上記で説明したように、図２〜５に示される計測発信装置６０は、図６と図７のレーザ投影装置の正確な位置と方向とを決定するために、第２の複数の受信装置９４に赤外線信号のような信号を伝達する。
その際に、第２の複数の受信装置９４は、レーザ投影装置８４に対して固定された位置と方向とに配置されている。
フレーム８６は、好ましくは、穴だらけの炭素繊維のような膨張収縮係数の低い材料から形成される。
フレーム８６は、また、第２の複数の計測受信装置９４がレーザ投影装置８４に対して固定されているように、形成される。
この発明に適した材料が、Ｅ．Ｉ．Ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙから利用できるＮＯＭＥＸであり、それは非常に低い膨張収縮係数をもち、堅い炭素繊維構造を形成する。
フレームの開示された形態において、フレーム全体は、重量を減らし、堅い構造を形成するために近位の支持表面８８と遠位の開状末端９０とを連結し、三角形の開口部９８と四角形の開口部１００とを備える支柱部分９６を含む。
【００２８】
本発明のレーザ投影装置とフレームとからなるアセンブリ４６の最良の形態において、フレーム８６の遠位の開状末端９０は、本発明の譲受人から商業的に利用できる通常の再帰反射可能なレーザターゲットのような複数のレーザターゲット１０２を含む。
図６で示されるように、レーザ投影装置８４がフレームアセンブリ４６に対して固定されていない場合、レーザ投影像のドリフトを修正するために、又、レーザ投影装置８４の位置を決定するためにレーザ投影装置８４が定期的にレーザターゲット１０２を走査するように、レーザターゲット１０２は、レーザ投影装置の視界の範囲内に配置され、レーザ投影装置に対して固定される。
レーザターゲット１０２が再帰反射可能なターゲットである場合、本技術で知られているように、レーザ投影装置における反射鏡を制御し、レーザ投影像を修正するために、レーザビームは反射し、レーザ投影装置８４のセンサに戻ってくる。
しかし、上記で述べたように、通常のレーザイメージングシステムにおいて、レーザターゲットは、対象物表面上か、その近傍に固定される。
レーザ投影装置８４は、フレーム８６の遠位の開状末端９２の反対側に窓１０４を含み、それから、レーザビームはフレーム８６の遠位の開状末端９２を通して投影される。
上記説明から理解できるように、本発明におけるレーザ投影装置とフレームとからなるアセンブリ４６の目的は、計測発信装置６０（図２〜５参照）と対象物表面４４とに対するレーザ投影装置８４の位置と方向とを決定することである。
これは、上記で説明したように、フレーム８６上の計測受信装置９４に対してレーザ投影装置８４を固定することによって成し遂げられる。
代わりに、フレーム８６が、また、レーザターゲット１０２を含む場合、レーザターゲット１０２は計測受信装置９４に対して固定されてもよいし、レーザ投影装置８４はフレームアセンブリ４６に対して可動であり、”知られていない”位置にあってもよいし、レーザ投影装置８４の位置と方向とは、レーザターゲット１０２が計測受信装置９４に対して固定されているため、レーザ投影装置８４でレーザターゲット１０２を走査することによって、正確に決定されてもよい。
このように、レーザ投影装置８４の視界の範囲内にあるフレーム８６上のレーザターゲット１０２の配置は、対象物表面に対するレーザ投影装置８４の位置と方向とを決定するために使われてもよい。
【００２９】
図８〜１０は、これから説明するＧＰＳ赤外線受信装置のような”ベクトルバー”計測受信装置システムを据え付けるための２つの二者択一の形態を説明している。
本技術で知られているように、ＧＰＳ計測システムが正確に計測受信装置１０６の位置と方向とを決定できるように、ベクトルバー１０６は、共通の軸上にある前もって決められた距離に区切られた２つのセンサか計測受信装置１０８及び１１０を含む。
そのようなベクトルバーは、商業的にアーク・セカンド社から利用可能であり、当業者にはこれ以上の説明は不要だろう。
代わりに、計測受信装置は、複数の反射鏡、ＣＭＭか、計測発信装置からの信号を反射し、計測受信装置かレーザ追尾装置のセンサへ戻す他の反射鏡を含んでもよい。
この前後で示したように、図２〜５における第１の計測受信装置７０は、概して隔壁に配置され、いかなる商用か軍事用の航空機にも知られている航空機の起重機やリフトポイントのように、航空機４４に対して前もって決められた位置と方向とに固定される。
本発明のターゲットレスレーザ投影システムに関連しなくても、図８に示される計測受信装置は航空機の翼の下にベクトルバー１０６を据え付けるためのものであり、図９と１０に示されるベクトルバー据え付けアセンブリの形態は、より進歩的な設置のために設計されたものである。
前後で定めるように、最良の据え付けは、応用例と航空機４４か他の対象物表面上に利用できる設備によるであろう。
【００３０】
図８に示されるような、ベクトルバー１０６のための据え付けアセンブリ１１２は、軸受け金か航空機インタフェース設備１１２を含む。
軸受け金か航空機インタフェース設備１１２は管状末端部分１１６を備え、管状末端部分１１６は航空機４４の翼の下のシリンダ状の開口部に収納される。
また、管状末端部分１１６は、球状末端部分１２２を備えるベアリング１２０を受け入れるＳｐｈｅｒｉｃａｌ ｓｅａｔ１１８を備える。
ベアリングは、図１０に示されるような螺旋状の内部表面１２６とロッキングリング１２７とを備えるロッキングナット１２４によって軸受け金１１２に正確に固定される。
このアセンブリは、図１０に示されるように、ネジ筋がついた末端部分１３０を備えるボルト１２８によって正確に保持される。
そして、ネジ筋がついた末端部分１３０は、ネジ穴１３４を備える球１３２に嵌め込まれる。
球１３２は、好ましくは、ナイロンのような、比較的固い重合体材料から形成される。
ロッキングナット１２４が回されるとボルト１２８がピンと張り、適所にベクトルバー計測受信装置アセンブリがロックされるように、一方の球１３２は、軸受け金１１４の管状末端部分１１６に嵌め込まれ、反対側の球１３２は、ロッキングナット１２４の螺旋状の内部表面１２６に嵌め込まれる。
軸受け金１１４とベアリング１２０との間の球状の接面のために、適所にアセンブリをロックする前に、ベクトルバー１０６の方向を定めてもよい。図９と１０に示されるベクトルバー１０６の据え付けアセンブリは同じであるが、図８に示される据え付けアセンブリ１１２とは同じではない。
図９と１０に示される据え付けアセンブリ１３６において、軸受け金１１４とベアリング１２０とは、図１０に示される航空機インタフェース設備１３８によって置き換えられているが、それ以外は図８に示される据え付けアセンブリ１１２と同じである。
【００３１】
上記の説明から理解されうるように、据え付けアセンブリ１１２と１３６は、すでにわかっている位置に固定されたベクトルバー計測受信装置を据え付け、前もって決められた方向において計測受信装置へ正確な配置を提供する。
そして、それは計測受信装置が図２〜５の航空機４４の位置と方向とに配置されうるように、また、航空機が、必要とされる作業やメンテナンスのため作業区画内のどのような適当な位置に動かされてもよいようになされる。
図２〜５に示されるターゲットレスイメージングシステムかターゲットレス投影システムの最良の一形態において、それらのシステムはさらに第３の複数の計測受信装置１４０を含み、第３の複数の計測受信装置１４０は、開示された形態においては、床に据え付けられる。
第３の複数の計測受信装置１４０は、さらなるデータをコンピュータに送り、計測受信装置と特に航空機４４の位置と方向とに関するさらなる正確さを提供する。
しかし、第３の計測受信装置１４０は床に据え付けられるので、受信装置の位置と方向とを変更することなしに、航空機か他の部品が工場に受け入れられるのに応じて計測受信装置１４０を移動したり、取り換えたりすることが望ましい。
【００３２】
図１１〜１３は、今、説明された計測受信装置１４０のための可動である据え付けの最良の一形態を説明している。
可動である据え付けの開示された形態は、図１２に示されるような床に固定されるボルト１４４によって、工場の床５６に永久的に堅く取り付けられる据え付け平面１４２を含む。
据え付け平面１４２は、ナット１４６か他の適当な手段によって床に固定される。
ガスケット（図示せず）が、据え付け平面１４２と床５６の間に挟まれてもよい。
基部可動平面１４８は、図１３に示されるようなネジ１５０のような、適当な手段によって据え付け平面１４２に固定される。
後述する説明から理解されうるが、計測受信装置１４０は、工場への航空機４４の受け入れのために側面の低い支持平面１４２と基部可動平面１４８とから移動させられてもよいし、計測受信装置１４０の位置と方向とを変えることなしに取り換えられてもよい。
可動据え付けアセンブリの開示された形態は、さらに先端可動平面１６０を含み、先端可動平面１６０は、今、説明するように前もって決められた方向において基部可動平面１４６を着脱可能に保持する。
開示された形態では、基部可動平面１４６は、三つの突起を含み、それはＳｐｒｉｎｇ ｂｉａｓｅｄ ｂａｌｌ１６２である。
それから、先端可動平面１６０は三つの半球型の窪み１６４を含み、それはＳｐｈｅｒｉｃａｌ ｂａｌｌ１６２を受け入れる。
そして、図１３に示されるように基部可動平面に対して先端可動平面の方向を定める。
【００３３】
可動据え付けの開示された形態において、基部可動平面１４６は、さらに、図１３に示されるように、中心にある円柱状のマグネット１６６を含む。
先端可動平面１６０は、円柱状の開口部１６８を含み、開口部１６８は円柱状マグネット１６６を受け入れる。
そして、基部可動平面１４６に先端可動平面１６０は着脱可能に保持される。
マグネット１６６は、ネジ筋のついた開口部１７０に嵌め込まれるネジ（図示せず）のような、適当な手段によって、基部可動平面１４６に保持されてもよい。
据え付けアセンブリは、さらに、図１１に示されるようにネジかボルト１７４によって先端可動平面１６０に固定される支持平面１７２を含む。
支持平面１７２は、計測受信装置支持支柱１７６を支持し、支持支柱１７６は、図１３に示されるようにネジ筋のついた開口部１７６に受け入れられるネジ（図示せず）のような、適当な留め具によって支持平面１７２に取り付けられる。
可動支持アセンブリは、さらに、上部アセンブリを運搬するための取手部を形成する指穴１８２を備える先端平面１８０を含む。
さらに可動支持アセンブリは、基部アセンブリからの先端可動平面１６０を含み、基部可動平面１４６を含む。
センサか計測受信装置は図１１と１２では示されないが、図１１と１２に示されるネジ１８６のような適当な留め具によって先端平面１８０に保持されるカップ状の覆い１８４に内蔵される。
【００３４】
上記の説明から理解されるように、例えば、図２〜５に示されるような工場に航空機４４を受け入れるために、床に据え付けられた計測受信装置１４０は床５６から簡単に移動させてもよい。
その場合、先端平面１８０を運搬することによって、基部可動平面１４６と据え付け平面１４２から支柱１７６と支持平面１７２と先端可動平面１６０を運搬することになる。
そのアセンブリは、それから、先端可動平面１６０を基部可動平面１４６上に据え付けることによって置き換えられ、基部可動平面１４６の球１６２を先端可動平面の半球の開口部１６４に嵌め込むことによって正確に方向を定め、アセンブリを正確に再構築する。
最良の形態において、支柱は、成型されたアルミニウムのような膨張収縮係数が低く軽量で頑丈な材料から形成される。
支柱１７６の末端は、計測受信装置の配置を正確なものにするために、好ましくは平坦な状態で機械加工される。
図３〜５に示される床に据え付けられた計測発信装置６０は、同様に、可動支柱上に据え付けられる。
そして、計測発信装置６０を簡単に移動させてもよく、床に据え付けられた計測発信装置の位置と方向とを変えないで計測発信装置６０を置き換えてもよいように、計測発信装置６０は据え付けられる。
【００３５】
図１４は、計測受信装置かセンサ１８０の正確な位置と方向とを独立して決定するための本発明のレーザイメージングシステムの改善例を説明している。
図１１〜１３を参照して上記で説明したように、計測受信装置１８３の位置と方向とを変えないで計測受信装置１８３の移動と置き換えを行うために、計測受信装置１８３は、支柱１７６と先端平面１８０とを含む可動支柱に支持される。
しかし、この形態では、先端平面１８０は、開口部１８７を備える円柱型でカップ状の覆い１８５を含む。
そして、開口部１８７は、赤外線ＧＰＳ受信装置のような通常の計測受信装置１８３か、独立したＣＭＭ装置のレーザ反射鏡１８９のどちらかをはめこみ、その方向を定めるような形態を取っている。
レーザ反射鏡１８９の開示された形態は、Ｓｐｈｅｒｉｃａｌｌｙ ｍｏｕｎｔｅｄ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ（ＳＭＲ）である。
しかし、また、コーナーキューブ反射鏡（ＣＣＲ）やＰｈｏｔｏｇｒａｍｅｔｒｉｃ ｔａｒｇｅｔや再帰反射可能なレーザターゲットや他のＣＭＭセンサや反射鏡を利用してもよい。
カップ状の覆い１８５の開口部１８７は、計測受信装置１８３か、レーザ反射鏡か受信装置１８９のどちらかをはめこみ、その方向を正確に定めるように適合しているので、通常のレーザ追尾装置を使用することによって計測受信装置１８３の中心先端の位置を独立して決定するためにレーザ反射装置か受信装置１８９はカップ状の覆い１８５に挿入されてもよい。
計測受信装置１８３の開示された形態は、アーク・セカンド社から使用できる屋内ＧＰＳ赤外線受信装置かセンサであり、レーザを反射するＳＭＲ１８９とレーザ追尾装置とは上記で説明したように商業的に様々な会社のものを利用できる。
上記の説明から理解できるように、計測受信装置１８３の正確な位置と方向とは、このように、図１４に示されるＳＭＲ１８９のようなレーザ反射鏡を使用して、レーザ追尾装置をもって独立して決定される。
図１４のカップ状の覆い１８５は据え付け台１９１によって強固、且つ、正確に平面１８０に据え付けられる。
【００３６】
図１５は、レーザ投影装置２６の視界の範囲外にある対象物表面上にレーザテンプレート（図示せず）を投影するための図１に示されるレーザイメージングシステム２０の変更を説明している。
この形態において、レーザ投影装置２６は、ミラー１９２か鏡状の表面上にレーザ光線１９０を投影する。
それから、レーザ投影装置２６の視界の範囲外にあってもよい対象物表面（図示せず）上にレーザターゲットを投影するために、レーザ光線１９０は矢印１９４によって示されるようにミラー１９２から反射される。
代わりに、ミラー１９２は、レーザテンプレートを拡大するために限られた空間において利用されてもよい。
図１５に示されるレーザ投影システムの形態においては、ミラーは三つの計測受信装置１９８を備えるフレーム１９６に支持される。
その際に、計測受信装置１９８は、好ましくは、上記で説明したようにターゲットレスレーザイメージングシステムにおいてレーザイメージングシステムの使用が可能になるようにレーザ投影装置２６に対して前もって決められた位置に固定される。
言い換えると、図１５に示されるレーザイメージングシステムは、複数の計測発信装置２８（図１に掲載）を含み、フレーム１９６は、レーザ投影像のドリフトを修正するために複数のレーザターゲット２００を含んでもよい。
しかし、この形態において、レーザターゲット２００は、再帰反射可能なレーザターゲットであるよりもむしろ好ましくは、上記で参照した米国特許第５，６４６，８５９号に開示されているような電子的なターゲットである。
このように、図１５に示されるレーザ投影システムは、レーザテンプレートがミラー１９２から対象物表面上へ反射されることを除いて、他の点では図１に示されるレーザ投影システムと同じでよい。
【００３７】
図１６は、本発明のターゲットレスレーザシステムのさらなる使用例と応用例を説明している。
その中で、例えば、レーザ投影装置とフレームとからなるアセンブリ４６は、プラットフォーム２０２に据え付けられ、プラットフォーム２０２は、天井の梁２０４によって支持される伸縮自在なピストンとシリンダアセンブリに据え付けられる。
開示された形態において、プラットフォーム２０２が矢印２１０によって示される向きに昇降するように、空気圧か水圧によるシリンダ２０６は、天井の梁２０４に固定され、直立したシリンダ２０６は、プラットフォーム２０２に接合された複数のピストン２０８を伸縮自在にはめ込む。
開示された形態において、レーザ投影装置とフレームとからなるアセンブリ４６は、航空機の尾翼２１６上にレーザテンプレート２１４を投影するためにＬ型の支柱かフレーム２１２によってプラットフォームに支持される。
理解されるように、図１６に示されるレーザイメージングシステムは、いかなる大きな表面上に、特に工場（図示せず）の床の上に配置された大きな表面上に、レーザテンプレートを投影するために使用されてもよい。
図１６に示されるレーザ投影システムは、他の点では図２〜５に示されるレーザ投影システムと同じであり、航空機の尾翼２１６に対して前もって決められ、認識されている位置に固定された複数の計測発信装置６０と第１の複数の計測受信装置７０とを含む。
示されるように、プラットフォーム２０２は、レーザテンプレート２１４に対してデカールを塗装するための人員を載せることができるほど大きい。
【００３８】
本発明における最良の形態の上記の説明から理解されるように、様々な変更が、従属項の範囲内において本発明のレーザ投影システムと方法に対して為されてもよい。
例えば、上記で説明されたように、様々な計測装置が本発明のターゲットレスレーザイメージングシステムで使われてもよいし、本発明は、アーク・セカンド社の上記参照した米国特許で説明され、開示された屋内赤外線ＧＰＳシステム等に限定されない。
また、Ｌａｓｅｒ ｆｉｅｌｄ ｌｉｇｈｔ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓやＯｐｔｉｃａｌ ｐｈｏｔｏｇｒａｍｅｔｒｙやＣａｍｅｒａ ｂａｓｅｄ ｓｙｓｔｅｍｓや他のレーザ追尾計測システムを含む他の計測装置が使用されてもよい。
特に、計測発信装置は、計測受信装置の反射可能な表面上にレーザを投影してもよく、レーザは、計測受信装置かレーザ追尾計測システム上か、それに接続されたセンサか受信装置に反射される。
さらに、本発明のターゲットレスレーザ投影システムは、他の対象物表面上にレーザテンプレートを投影するために使用されてもよく、本発明は、航空機の応用例に限定されない。
さらに、本発明のターゲットレスレーザ投影システムは、開示されたレーザ投影装置とフレームとからなるアセンブリ４６に限定されず、レーザのドリフトを修正するための他の方法に開示されたレーザターゲット以外のものを使用してもよい。
また、レーザの視界の範囲外の対象物表面上にレーザターゲットを投影するためのミラーの使用法は、通常のレーザイメージングシステムを利用してもよいことは理解されるべきであろう。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前もって決められた位置と方向とにある対象物表面上にレーザテンプレートを投影するためのレーザイメージングシステムであって、
光信号を発信する複数の計測発信装置と、
前記対象物の表面上にレーザテンプレートを投影するレーザ投影装置と、
前記対象物表面に対して前もって決められた位置に固定され、前記複数のレーザ投影装置の視界の範囲外であって、かつ前記複数の計測発信装置から信号を受信可能な範囲内にある複数の第１の計測受信装置と、
前記レーザ投影装置から出射されるレーザの位置と方向とを決定すべく、前記複数のレーザ投影装置の視界の範囲内において前記複数のレーザ投影装置に対して前もって決定された位置に固定された複数の第２の計測受信装置と、
前記複数の第２の計測受信装置が配置されるフレームアセンブリと、
前記フレームアセンブリに配置された複数のレーザターゲットと、
前記複数の第１の計測受信装置及び前記複数の第２の計測受信装置から送信されるデータを受信するとともに、このデータを用いて前記対象物表面に対する前記フレームアセンブリ及び前記レーザ投影装置から出射されるレーザの位置と方向とを決定するコンピュータと、
前記前もって決められた位置と方向とにある対象物表面上にレーザテンプレートを投影するべく前記コンピュータからデータを受け取るととともに、前記レーザ投影装置のドリフト又は動きを修正するべく当該レーザ投影装置によって前記複数のレーザターゲットを定期的に走査させる制御装置と、
を備えることを特徴とするレーザイメージングシステム。
【請求項２】
前記フレームアセンブリは、堅い構造であり、前記レーザ投影装置は、当該フレームアセンブリに固定されていることを特徴とする請求項１記載のレーザイメージングシステム。
【請求項３】
前記レーザ投影装置は、前記フレームアセンブリの一方の末端近傍に固定されるとともに、前記フレームアセンブリにおける開状末端を通してレーザを照射することを特徴とする請求項２記載のレーザイメージングシステム。
【請求項４】
前記複数のレーザターゲットは、それぞれ、前記複数のレーザ投影装置の視界の範囲内にあり、再帰反射するレーザターゲットであることを特徴とする請求項２記載のレーザイメージングシステム。
【請求項５】
前記複数の第２の計測受信装置は、前記複数の計測発信装置から信号を受信可能な範囲内で前記フレームアセンブリ上にあり、且つ、前もって決められた位置に固定される、
ことを特徴とする請求項１記載のレーザイメージングシステム。
【請求項６】
前記フレームアセンブリは、
貫通した穴と、
前記穴を通して前記レーザテンプレートを投影する前記レーザ投影装置と、
を備えることを特徴とする請求項１記載のレーザイメージングシステム。
【請求項７】
前記フレームアセンブリは、前記対象物表面に対して可動な支持体に据え付けられる、
ことを特徴とする請求項５記載のレーザイメージングシステム。
【請求項８】
前記フレームアセンブリは、
前記レーザ投影装置から遠位の開状末端と、
前記レーザ投影装置を支持する近位の部分と、
前記遠位の開状末端を通して前記レーザテンプレートを投影するように固定され、前記近位の部分に据え付けられる前記レーザ投影装置と、
を備えることを特徴とする請求項６記載のレーザイメージングシステム。
【請求項９】
前記フレームアセンブリは、前記対象物表面に対して可動であって、且つ、車輪を有する台車に据え付けられる、
ことを特徴とする請求項５記載のレーザイメージングシステム。
【請求項１０】
前記フレームアセンブリは、膨張収縮係数の低い材料から構成される、
ことを特徴とする請求項５記載のレーザイメージングシステム。
【請求項１１】
前記フレームアセンブリは、炭素繊維のみで構成される、
ことを特徴とする請求項１０記載のレーザイメージングシステム。
【請求項１２】
前記フレームアセンブリの前記遠位の開状末端は、前記フレームアセンブリにおいて、前記レーザ投影装置の反対側に配置される、
ことを特徴とする請求項８記載のレーザイメージングシステム。
【請求項１３】
前記複数の計測発信装置は、赤外線信号を発信する計測発信装置であり、前記複数の第１及び第２の計測受信装置は、赤外線信号を受信する計測受信装置である、
ことを特徴とする請求項１記載のレーザイメージングシステム。
【請求項１４】
前記複数の赤外線を発信する計測発信装置は、屋内ＧＰＳ発信装置であり、前記複数の第１及び第２の計測受信装置は、ＧＰＳ受信装置である、
ことを特徴とする請求項１３記載のレーザイメージングシステム。
【請求項１５】
計測受信装置の位置と方向とを変えずに、前記計測受信装置と上部据え付け平面との移動と置き換えとを可能にするように、
前記第１の計測受信装置は、
前もって決められ、固定された位置にある床に固定された下部据え付け平面と、前記下部据え付け平面に着脱可能に取り付けられた前記上部据え付け平面と、前記上部据え付け平面に据え付けられる受信装置と、を備える可動支柱に据え付けられる計測受信装置を含む、
ことを特徴とする請求項１記載のレーザイメージングシステム。
【請求項１６】
前記上部と下部据え付け平面は、前記上部据え付け平面を前記下部据え付け平面に向けるように嵌め合う構造を備える、
ことを特徴とする請求項１５記載のレーザイメージングシステム。
【請求項１７】
前記上部据え付け平面は前記下部据え付け平面に磁石によって着脱可能に取り付けられる、
ことを特徴とする請求項１６記載のレーザイメージングシステム。
【請求項１８】
前記複数の第２の計測受信装置は、
独立して計測受信装置の位置を決定するために、
前記計測受信装置を収容するカップ状の覆いを有する支柱を備える、
ことを特徴とする請求項１記載のレーザイメージングシステム。
【請求項１】
前もって決められた位置と方向とにある対象物表面上にレーザテンプレートを投影するためのレーザイメージングシステムであって、
光信号を発信する複数の計測発信装置と、
前記対象物の表面上にレーザテンプレートを投影するレーザ投影装置と、
前記対象物表面に対して前もって決められた位置に固定され、前記複数のレーザ投影装置の視界の範囲外であって、かつ前記複数の計測発信装置から信号を受信可能な範囲内にある複数の第１の計測受信装置と、
前記レーザ投影装置から出射されるレーザの位置と方向とを決定すべく、前記複数のレーザ投影装置の視界の範囲内において前記複数のレーザ投影装置に対して前もって決定された位置に固定された複数の第２の計測受信装置と、
前記複数の第２の計測受信装置が配置されるフレームアセンブリと、
前記フレームアセンブリに配置された複数のレーザターゲットと、
前記複数の第１の計測受信装置及び前記複数の第２の計測受信装置から送信されるデータを受信するとともに、このデータを用いて前記対象物表面に対する前記フレームアセンブリ及び前記レーザ投影装置から出射されるレーザの位置と方向とを決定するコンピュータと、
前記前もって決められた位置と方向とにある対象物表面上にレーザテンプレートを投影するべく前記コンピュータからデータを受け取るととともに、前記レーザ投影装置のドリフト又は動きを修正するべく当該レーザ投影装置によって前記複数のレーザターゲットを定期的に走査させる制御装置と、
を備えることを特徴とするレーザイメージングシステム。
【請求項２】
前記フレームアセンブリは、堅い構造であり、前記レーザ投影装置は、当該フレームアセンブリに固定されていることを特徴とする請求項１記載のレーザイメージングシステム。
【請求項３】
前記レーザ投影装置は、前記フレームアセンブリの一方の末端近傍に固定されるとともに、前記フレームアセンブリにおける開状末端を通してレーザを照射することを特徴とする請求項２記載のレーザイメージングシステム。
【請求項４】
前記複数のレーザターゲットは、それぞれ、前記複数のレーザ投影装置の視界の範囲内にあり、再帰反射するレーザターゲットであることを特徴とする請求項２記載のレーザイメージングシステム。
【請求項５】
前記複数の第２の計測受信装置は、前記複数の計測発信装置から信号を受信可能な範囲内で前記フレームアセンブリ上にあり、且つ、前もって決められた位置に固定される、
ことを特徴とする請求項１記載のレーザイメージングシステム。
【請求項６】
前記フレームアセンブリは、
貫通した穴と、
前記穴を通して前記レーザテンプレートを投影する前記レーザ投影装置と、
を備えることを特徴とする請求項１記載のレーザイメージングシステム。
【請求項７】
前記フレームアセンブリは、前記対象物表面に対して可動な支持体に据え付けられる、
ことを特徴とする請求項５記載のレーザイメージングシステム。
【請求項８】
前記フレームアセンブリは、
前記レーザ投影装置から遠位の開状末端と、
前記レーザ投影装置を支持する近位の部分と、
前記遠位の開状末端を通して前記レーザテンプレートを投影するように固定され、前記近位の部分に据え付けられる前記レーザ投影装置と、
を備えることを特徴とする請求項６記載のレーザイメージングシステム。
【請求項９】
前記フレームアセンブリは、前記対象物表面に対して可動であって、且つ、車輪を有する台車に据え付けられる、
ことを特徴とする請求項５記載のレーザイメージングシステム。
【請求項１０】
前記フレームアセンブリは、膨張収縮係数の低い材料から構成される、
ことを特徴とする請求項５記載のレーザイメージングシステム。
【請求項１１】
前記フレームアセンブリは、炭素繊維のみで構成される、
ことを特徴とする請求項１０記載のレーザイメージングシステム。
【請求項１２】
前記フレームアセンブリの前記遠位の開状末端は、前記フレームアセンブリにおいて、前記レーザ投影装置の反対側に配置される、
ことを特徴とする請求項８記載のレーザイメージングシステム。
【請求項１３】
前記複数の計測発信装置は、赤外線信号を発信する計測発信装置であり、前記複数の第１及び第２の計測受信装置は、赤外線信号を受信する計測受信装置である、
ことを特徴とする請求項１記載のレーザイメージングシステム。
【請求項１４】
前記複数の赤外線を発信する計測発信装置は、屋内ＧＰＳ発信装置であり、前記複数の第１及び第２の計測受信装置は、ＧＰＳ受信装置である、
ことを特徴とする請求項１３記載のレーザイメージングシステム。
【請求項１５】
計測受信装置の位置と方向とを変えずに、前記計測受信装置と上部据え付け平面との移動と置き換えとを可能にするように、
前記第１の計測受信装置は、
前もって決められ、固定された位置にある床に固定された下部据え付け平面と、前記下部据え付け平面に着脱可能に取り付けられた前記上部据え付け平面と、前記上部据え付け平面に据え付けられる受信装置と、を備える可動支柱に据え付けられる計測受信装置を含む、
ことを特徴とする請求項１記載のレーザイメージングシステム。
【請求項１６】
前記上部と下部据え付け平面は、前記上部据え付け平面を前記下部据え付け平面に向けるように嵌め合う構造を備える、
ことを特徴とする請求項１５記載のレーザイメージングシステム。
【請求項１７】
前記上部据え付け平面は前記下部据え付け平面に磁石によって着脱可能に取り付けられる、
ことを特徴とする請求項１６記載のレーザイメージングシステム。
【請求項１８】
前記複数の第２の計測受信装置は、
独立して計測受信装置の位置を決定するために、
前記計測受信装置を収容するカップ状の覆いを有する支柱を備える、
ことを特徴とする請求項１記載のレーザイメージングシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１１−１３２３０（Ｐ２０１１−１３２３０Ａ）
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１０１８２（Ｐ２０１０−２１０１８２）
【出願日】平成２２年９月１７日（２０１０．９．１７）
【分割の表示】特願２００６−５２５９２８（Ｐ２００６−５２５９２８）の分割
【原出願日】平成１６年８月６日（２００４．８．６）
【出願人】（５０８０９４５９２）ニコン メトロロジー カナダ インコーポレイテッド (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１７日（２０１０．９．１７）
【分割の表示】特願２００６−５２５９２８（Ｐ２００６−５２５９２８）の分割
【原出願日】平成１６年８月６日（２００４．８．６）
【出願人】（５０８０９４５９２）ニコン メトロロジー カナダ インコーポレイテッド (2)
【Ｆターム（参考）】
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