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特許7134801ケーブル懸架式プラットフォームを用いた構造体を測定及び検査するための方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-09-02
(45)【発行日】2022-09-12
(54)【発明の名称】ケーブル懸架式プラットフォームを用いた構造体を測定及び検査するための方法
(51)【国際特許分類】
G01B 11/00 20060101AFI20220905BHJP
【ＦＩ】
G01B11/00 Z
【請求項の数】
15
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2018172018
(22)【出願日】2018-09-14
(65)【公開番号】P2019078746
(43)【公開日】2019-05-23
【審査請求日】2021-09-14
(31)【優先権主張番号】15/714,662
(32)【優先日】2017-09-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】15/833,094
(32)【優先日】2017-12-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】500520743
【氏名又は名称】ザ・ボーイング・カンパニー
【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ
(74)【代理人】
【識別番号】110002077
【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】トロイ， ジェームズ ジェイ．
(72)【発明者】
【氏名】ジョージソン， ゲイリー イー．
(72)【発明者】
【氏名】レア， スコット ダブリュ．
【審査官】飯村 悠斗
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１５－２１１２５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－２７０１３６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１３２４３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１６－５２６６７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－０３７４４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第１０４７１５９０（ＵＳ，Ｂ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０
Ｇ０１Ｃ ３／００－ ３／３２
Ｇ０１Ｓ ７／４８－ ７／５１
Ｇ０１Ｓ １７／００－１７／９５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
機器支持部材（３６）、前記機器支持部材に取り付けられたパンチルト機構（１２０）、前記パンチルト機構に取り付けられたカメラ（１３０）、及び前記カメラに固定されたレーザ範囲メーター（１３８）を含むケーブル懸架式プラットフォーム（１６，１８）を使用して、基準フレーム内の対象物（１０２）の上の対象となる点の位置を計算するための方法であって、（ａ）前記機器支持部材に接続され、複数のアンカー点（１０ａ－ｄ）のそれぞれのアンカー点で支持された複数のケーブル（６ａ－ｄ）から、前記ケーブル懸架式プラットフォームを懸架することと、
（ｂ）前記基準フレームに対して前記パンチルト機構を較正することと、
（ｃ）前記カメラが対象物の範囲内にあるよう前記機器支持部材を移動させるように前記複数のケーブルの繰り出された部分の長さを制御することと、
（ｄ）前記複数のケーブルの前記繰り出された部分の前記長さに部分的に基づいて、それぞれのアンカー点からの前記機器支持部材の中心点のそれぞれの距離を測定することと、
（ｅ）前記レーザ範囲メーターを前記対象物上の対象となる点に向けるように前記パンチルト機構を制御することと、
（ｆ）前記レーザ範囲メーターが前記対象となる点に向けられる間、前記パンチルト機構のパン角及びチルト角を測定することと、
（ｇ）前記レーザ範囲メーター及び前記対象となる点を分離する距離を測定することと、
（ｈ）前記距離及び角度の測定値を前記基準フレーム内の前記対象となる点の前記位置を表す直交座標ベクトルに変換することと
を含む方法。
【請求項2】
前記基準フレームが、前記対象物の基準フレームであり、ステップ（ｂ）が、前記機器支持部材が静止している間、異なる時間に前記対象物上の３つ以上の較正点（５ａ－ｃ）に前記レーザ範囲メーターを向けることと、
前記パンチルト機構の基準フレームから前記対象物の前記基準フレームへの変換を表す較正行列（
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
ステップ（ｂ）が、前記レーザ範囲メーターが各較正点に向けられる間、前記パンチルト機構の前記パン角及びチルト角を測定することと、
前記レーザ範囲メーターが各較正点に向けられる間、前記レーザ範囲メーターと各較正点とを分離する前記距離を測定することと
を更に含む、請求項２に記載の方法。
【請求項4】
前記基準フレームが、前記複数のケーブルのそれぞれのケーブルを支持する複数の少なくとも３つのアンカー点の基準フレームであり、ステップ（ｂ）が、前記機器支持部材が静止している間、異なる時間に前記複数のアンカー点のうちの３つ以上のアンカー点にレーザ範囲メーターを向けることと、
前記パンチルト機構の基準フレームから前記複数のアンカー点の前記基準フレームへの変換を表す較正行列（
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
ステップ（ｂ）が、前記レーザ範囲メーターが各アンカー点に向けられる間、前記パンチルト機構の前記パン角及びチルト角を測定することと、
前記レーザ範囲メーターが各アンカー点に向けられる間、前記レーザ範囲メーターと各アンカー点とを分離する前記距離を測定することと
を更に含む、請求項４に記載の方法。
【請求項6】
構造体（１０２）を検査及び測定するための方法であって、（ａ）構造体の近傍のケーブル（６ａ－ｄ）からケーブル懸架式プラットフォーム（１６，１８）を懸架することと、
（ｂ）前記構造体に向かって移動するように、前記ケーブル懸架式プラットフォームを制御することと、
（ｃ）前記ケーブル懸架式プラットフォームが移動している間、前記構造体の表面上の第１及び第２のスポット（１０６，１０８）それぞれから前記第１及び第２のレーザ範囲メーターをそれぞれ分離する第１及び第２の距離を繰り返し測定するために、前記ケーブル懸架式プラットフォームに搭載された第１及び第２のレーザ範囲メーター（１３８ａ，ｂ）を使用することと、
（ｄ）少なくとも前記第１及び第２の距離に基づいて、前記ケーブル懸架式プラットフォームを前記構造体から分離する分離距離を計算することと、
（ｅ）前記分離距離が目標オフセットに等しいかどうかを判定することと、
（ｆ）前記分離距離が前記目標オフセットに等しいというステップ（ｅ）の決定に応じて、前記構造体から前記分離距離だけ分離した第１の位置に留まるように、前記ケーブル懸架式プラットフォームを制御することと、
（ｇ）前記ケーブル懸架式プラットフォームが前記第１の位置にある間、前記構造体の第１の画像を取り込むために、前記ケーブル懸架式プラットフォームに搭載されたカメラ（１３０）を使用することと、
（ｈ）前記第１の画像をディスプレイスクリーン（１５２）に表示することと
を含む方法。
【請求項7】
前記第１及び第２の距離が前記目標オフセットに等しく、前記分離距離及び前記カメラの視野に少なくとも部分的に基づいて、前記ディスプレイスクリーンに表示されると、前記第１の画像のスケールファクタを計算することと、
前記ディスプレイスクリーンに表示された前記第１の画像に重畳されたスケールインジケータを表示することと
を更に含み、前記スケールインジケータの値又は長さが前記スケールファクタを表す、請求項６に記載の方法。
【請求項8】
前記ケーブル懸架式プラットフォームから前記第１の画像を表す画像データを含むメッセージを送信することと、制御ステーション（１５０）で前記メッセージを受信することと、
前記メッセージから前記第１の画像を表す前記画像データを抽出することと
を更に含み、
前記ディスプレイスクリーン上に前記第１の画像を表示することが、前記画像データにしたがって前記ディスプレイスクリーンのピクセルの状態を制御することを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項9】
前記分離距離を維持しながら、第２の位置に移動するように、前記ケーブル懸架式プラットフォームを制御することと、前記ケーブル懸架式プラットフォームが前記第２の位置にある間、前記構造体の第２の画像を取り込むために、前記カメラを使用することと、
前記第２の画像を前記ディスプレイスクリーンに表示することと
を更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項10】
前記第１及び第２の画像がそれぞれ、前記構造体の表面上の部分的に重畳する又は連続する領域を表す第１及び第２の組の画像データを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項11】
前記第１及び第２の距離に基づいて、前記構造体の前記表面上の前記第１及び第２のスポットを結ぶ線に対する前記カメラの焦点軸の配向角度を計算することと、前記分離距離及び前記配向角度に少なくとも部分的に基づいて、前記ディスプレイスクリーンに表示されると、前記第１の画像のスケールファクタを計算することと、
前記第１の画像上に重畳されたスケールインジケータを表示することと
を更に含み、前記スケールインジケータの値又は長さが前記スケールファクタを表す、請求項６に記載の方法。
【請求項12】
前記ケーブル懸架式プラットフォームが移動している間、第３のレーザ範囲メーターを前記構造体の表面上の第３のスポットから分離する第３の距離を繰り返し測定するために、前記ケーブル懸架式プラットフォームに搭載された前記第３のレーザ範囲メーター（１３８）を使用することを更に含み、前記分離距離が、前記第１、第２及び第３の距離に基づいて計算される、請求項６に記載の方法。
【請求項13】
前記第１、第２及び第３の距離に基づいて、前記構造体の前記表面上の前記第１、第２及び第３のスポットによって画定される平面に対する前記カメラの焦点軸の第１及び第２の配向角度を計算することと、前記分離距離及び前記第１及び第２の配向角度に基づいて、前記ディスプレイスクリーンに表示されると、前記第１の画像のスケールファクタを計算することと、
前記第１の画像上に重畳されたスケールインジケータを表示することと
を更に含み、前記スケールインジケータの値又は長さが前記スケールファクタを表す、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
構造体を検査及び測定するためのシステムであって、少なくとも２つのアンカー点（１０ａ，ｂ）と、
それぞれのアンカー点によって各々が支持されている、少なくとも２つのプーリ（１２ａ，ｂ）と、
少なくとも２つのスプール（８ａ，ｂ）と、
それぞれのスプールを回転駆動するために各々が動作可能に連結されている、少なくとも２つのスプールモータ（１１６）と、
それぞれのスプールの漸進的角移動を検出するように各々が動作可能に連結されている、少なくとも２つの回転エンコーダ（１１８）と、
剛性支持構造体（４ａ，ｂ）、前記剛性支持構造体に取り付けられたパンチルト機構（１２０）、前記パンチルト機構に取り付けられたカメラ（１３０）、及び前記カメラに取り付けられたレーザ範囲メーター（１３８）を含む、プラットフォーム（１６，１８）と、
それぞれのスプール周囲に巻き付けられた第１の部分と、それぞれのプーリに接触している第２の部分とを各々が有している、前記剛性支持構造体に結合された少なくとも２つのケーブル（６ａ，ｂ）と、
前記パンチルト機構及び前記スプールモータの動作を制御し、前記カメラ及びレーザ範囲メーターを選択的に起動するように構成されたコンピュータシステム（１１２，１５０，１６２）と、
前記コンピュータシステムと制御ステーションとの間の通信を可能にするように構成されたトランシーバ（７４，１６０）と
を含み、
前記コンピュータシステムが、前記カメラからの画像データ、前記パンチルト機構からのパン及びチルト角データ、前記レーザ範囲メーターからの距離データ、並びに前記回転エンコーダからの回転データを受信し、
構造体に対する前記プラットフォームの第１の位置を決定し、
前記プラットフォームを前記第１の位置から第２の位置に移動させ、前記カメラが目標オフセットによって前記構造体の表面から分離されるように、前記スプールモータを制御する命令を送信する
ように更に構成される、システム。
【請求項15】
前記剛性支持構造体が、機器支持部材（３６）と、前記機器支持部材に取り付けられた又は前記機器支持部材と一体的に形成されたケーブル取り付けリング（３５）とを含み、前記ケーブル取り付けリングに取り付けられたケーブルの数が少なくとも３つである、並びに前記剛性支持構造体が、前記機器支持部材（３６）と、前記機器支持部材に取り付けられた又は前記機器支持部材と一体的に形成されたトロリー（３２）とを含み、前記トロリーに取り付けられたケーブルの数が２つであり、前記アンカー点の数が２つであり、２つの前記アンカー点を結合する第３のケーブルを更に備え、前記トロリーが、前記第３のケーブル上を転動する第１及び第２のローラを含む
のうちの少なくとも一方である、請求項１４に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、航空機などの大きな構造の修理及び保守管理のための位置測定に関する。より詳細には、本開示は、輸送体との物理的接触を必要としない航空機などの輸送体の非破壊測定及び検査のためのローカル測位システム及び方法に関する。
【0002】
航空機の外板など、輸送体に修理作業が必要な場合、輸送体の最適修理のための構造的異常のサイズ、形状、位置を考慮する必要がありうる。構造異常の写真を作成されうるが、対象物に正確に位置やサイズを設定できないことや、修理計画に役立たないことがある。対象物上の対象となる位置の分析中、対象物に接触することなく測定情報を得ることが望ましい場合がある。アクセス可能性及び／又は接触の制約のため、位置測定を得るために対象となる位置に到達することが困難なことがある。したがって、ローカル測位システムが、対象物に接触することなく、かつ対象物を起点に中距離から長距離で測定可能であることは有利である。
【発明の概要】
【0003】
大型の民間飛行機などの構造体又は輸送体の構造的異常の場所を発見し正確に測定することは、面倒な作業でありうる。この問題に対処するための効率的かつ自動化されたプロセスは、大型の輸送体及び構造体の構築及び維持に関与する多くの組織にとって有益であろう。
【0004】
以下で詳細に開示される主題は、対象物までの距離を測定し、遠隔操作されるケーブル懸架式プラットフォームを使用して環境内の対象物の３次元座標、スケール情報、及びポイントツーポイントの距離情報を取得するためのシステム及び方法を対象にする。測定システムは、データを取得し、次にコンピュータ処理技術を使用し、対象物上の点の３次元の座標若しくは点の間の距離又は対象物のスケールの離散的又は連続的な測定値を提供するために、搭載センサを使用する。
【0005】
ケーブル懸架式プラットフォームを使用して非破壊検査を受ける対象物についての点又はスケール及びポイントツーポイント距離情報の３次元座標情報を取得するためのシステム及び方法の様々な実施形態の詳細は後述するが、それらの実施形態は、以下の態様のうちの一又は複数によって特徴付けられてもよい。
【0006】
以下に詳細に開示される主題の１つの態様は、機器支持部材、機器支持部材に取り付けられたパンチルト機構、パンチルト機構に取り付けられたカメラ、及びカメラに固定されたレーザ範囲メーターを含むケーブル懸架式プラットフォームを使用して、基準フレーム内の対象物の上の対象となる点の位置を計算するための方法であって、（ａ）機器支持部材に結合され、複数のアンカー点のそれぞれのアンカー点で支持された複数のケーブルからケーブル懸架式プラットフォームを懸架すること、（ｂ）パンチルト機構を基準フレームに対して較正すること、（ｃ）カメラが対象物の範囲内にあるように、機器支持部材を移動させるように複数のケーブルの繰り出された部分の長さを制御すること、（ｄ）複数のケーブルの繰り出し部分の長さの一部に基づいて、各アンカー点から機器支持部材の中心点のそれぞれの距離を測定すること、（ｅ）パンチルト機構を制御して、レーザ範囲メーターを対象物上の対象となる点に向けること、（ｆ）レーザ範囲メーターが対象となる点を目標としている間にパンチルト機構のパン角及びチルト角を測定すること、（ｇ）レーザ範囲メーターと対象となる点とを分離する距離を測定すること、及び（ｈ）距離及び角度の測定値を基準フレーム内の対象となる点の位置を表す直交座標ベクトルに変換すること
を含む方法である。
を含む方法である。
【0007】
前段落に記載された方法の一実施形態によれば、基準フレームは、対象物の基準フレームであり、ステップ（ｂ）は、機器支持部材が静止している間にレーザ範囲メーターを異なる時間に対象物上の３つ以上の較正点に向けることと、パンチルト機構の基準フレームから対象物の基準フレームへの変換を表す較正行列を計算することとを含む。１つの提案された実施態様では、ステップ（ｂ）は、レーザ範囲メーターが各較正点に向けられる間にパンチルト機構のパン角及びチルト角を測定することと、レーザ範囲メーターが各較正点に向けられる間、レーザ範囲メーターと各較正点とを分離する距離を測定することとを更に含む。
【0008】
代替的実施形態によれば、基準フレームが、複数のケーブルのそれぞれのケーブルを支持する複数のアンカー点の複数の少なくとも３つの非線形アンカー点の基準フレームであり、ステップ（ｂ）が、機器支持部材が静止している間、レーザ範囲メーターを、異なる時間に複数のアンカー点の３つ以上のアンカー点に向けることと、パンチルト機構の基準フレームから複数のアンカー点の基準フレームへの変換を表す較正行列を計算することとを含む。１つの提案された実施態様では、ステップ（ｂ）は、レーザ範囲メーターが各アンカー点に向けられる間、パンチルト機構のパン角及びチルト角を測定することと、レーザ範囲メーターが各アンカー点に向けられる間、レーザ範囲メーターと各アンカー点とを分離する距離を測定することとを更に含む。
【0009】
以下に詳細が開示される主題の別の態様は、構造体の検査及び測定のための方法であって、（ａ）構造体の近傍のケーブルからにケーブル懸架式プラットフォームを懸架すること、（ｂ）構造体に向かって移動するようにケーブル懸架式プラットフォームを制御すること、（ｃ）ケーブル懸架式プラットフォームが移動している間、構造体の表面上の第１及び第２のスポットそれぞれから第１及び第２のレーザ範囲メーターをそれぞれ分離する第１及び第２の距離を繰り返し測定するために、ケーブル懸架式プラットフォームに搭載された第１及び第２のレーザ範囲メーターを使用すること、（ｄ）少なくとも第１及び第２の距離に基づいて、ケーブル懸架式プラットフォームを構造体から分離する第１の分離距離を計算すること、（ｅ）第１の分離距離が目標オフセットに等しいかどうかを判定すること、（ｆ）分離距離が目標オフセットに等しいというステップ（ｅ）の決定に応じて、構造体から第１の分離距離だけ分離した第１の位置に留まるように、ケーブル懸架式プラットフォームを制御すること、（ｇ）ケーブル懸架式プラットフォームが第１の位置にある間、構造体の第１の画像を取り込むために、ケーブル懸架式プラットフォームに搭載されたカメラを使用すること、並びに（ｈ）第１の画像をディスプレイスクリーンに表示することを含む方法である。一実施形態によれば、方法は、第１及び第２の距離に基づいて、構造体の表面上の第１及び第２のスポットを結ぶ線に対するカメラの焦点軸の配向角度を計算することと、分離距離及び配向角度に少なくとも部分的に基づいて、ディスプレイスクリーンに表示されると、第１の画像のスケールファクタを計算することと、画像上に重畳されたスケールインジケータを表示することとを更に含み、スケールインジケータの値又は長さがスケールファクタを表す。
【0010】
以下に詳細が開示される主題の更なる態様は、構造体を検査及び測定するための方法であって、（ａ）構造体の近傍のケーブルからケーブル懸架式プラットフォームを懸架すること、（ｂ）構造体から分離した位置に移動し、その後そこに留まるようにケーブル懸架式プラットフォームを制御すること、（ｃ）ケーブル懸架式プラットフォーム上に旋回可能に搭載された第１及び第２のレーザポインタを構造体の表面に向けて平行に方向付けることであって、第１及び第２のレーザポインタのそれぞれの旋回軸が、固定された距離によって分離されている、方向付けること、（ｄ）ケーブル懸架式プラットフォームがある位置にある間、第１及び第２のスポット上に互いに平行なレーザビームをそれぞれ送信するために、相互に平行な第１及び第２のレーザポインタを使用すること、（ｅ）第１及び第２のスポットを含む構造体の表面の一部分の第１の画像を取り込むために、ケーブル懸架式プラットフォームに搭載されたカメラを初めて使用すること、（ｆ）第１及び第２のレーザポインタがもはや平行でないように、ケーブル懸架式プラットフォームが所定位置にある間、第１及び第２のレーザポインタを所定の角度だけ旋回させること、（ｇ）ケーブル懸架式プラットフォームが所定位置にある間、平行でないレーザビームを構造体の表面上の第３及び第４のスポットそれぞれ送信するために、旋回した第１及び第２のレーザポインタを使用すること、（ｈ）第３及び第４のスポットを含む構造体の表面の部分の第２の画像を取り込むために、カメラを２回目に使用すること、並びに（ｉ）画像内の第３及び第４のスポットの位置に基づいて、ケーブル懸架式プラットフォームを構造体から分離する第１の分離距離を計算するために、第１及び第２の画像を処理することであって、所定の角度及び固定された距離がレーザポインタの旋回軸を分離する、処理することを含む方法である。一実施形態によれば、ステップ（ｈ）が、第３及び第４のスポットのそれぞれの中心を分離する第２の分離距離を計算することを更に含み、方法は、第２の分離距離に基づいてディスプレイスクリーンに表示されると、第１及び第２の画像のスケールファクタを計算することを更に含む。
【0011】
以下に詳細に開示される主題の更なる別の態様は、カメラとレーザ範囲メーターを支持するパンチルト機構を含むケーブル懸架式プラットフォームを使用して構造体の特徴をサイジングする方法であって、（ａ）複数のアンカー点のそれぞれのアンカー点で支持された複数のケーブルからケーブル懸架式プラットフォームを懸架すること、（ｂ）ケーブル懸架式プラットフォームを第１の位置に移動させるように、複数のケーブルの繰り出された部分の長さを制御すること、（ｃ）ケーブル懸架式プラットフォームが第１の位置にあるときに、複数のケーブルの繰り出し部分の長さに部分的に基づいて、それぞれのアンカー点からケーブル懸架式プラットフォームの中心点のそれぞれの距離を測定すること、（ｄ）ケーブル懸架式プラットフォームが第１の位置にある間、構造体の表面上の第１の可視特長に対応する第１の点にレーザ範囲メーターを向け、第１の距離測定値を取得すること、（ｅ）レーザ範囲メーターが第１の点に向けられると、レーザ範囲メーターのそれぞれのパン角及びチルト角を測定するために、パンチルト機構を使用すること、（ｆ）ステップ（ｄ）及び（ｅ）で取得された距離及び角度測定値を、ケーブル懸架式プラットフォームの基準フレーム内の第１の点の位置を表す第１のベクトルに変換すること、（ｇ）ケーブル懸架式プラットフォームを第１の位置から第２の位置に移動させるように、複数のケーブルの繰り出される部分の長さを制御すること、（ｈ）ケーブル懸架式プラットフォームが第２の位置にあるときに、複数のケーブルの繰り出された部分の長さに部分的に基づいて、ケーブル懸架式プラットフォームの中心点のそれぞれのアンカー点からのそれぞれの距離を測定すること、（ｉ）ケーブル懸架式プラットフォームが第２の位置にある間、構造体の表面上の第２の可視特長に対応する第２の点にレーザ範囲メーターを目標にすること、並びに第２の距離測定値を取得すること、（ｊ）レーザ距離メーターが第２の点に向けられると、レーザ範囲メーターのそれぞれのパン角及びチルト角を測定するために、パンチルト機構を使用すること、（ｋ）ステップ（ｉ）及び（ｊ）で取得された距離及び角度測定値を、ケーブル懸架式プラットフォームの基準フレームにおける第２の点の位置を表す第２のベクトルに変換すること、（ｌ）ステップ（ｃ）及びステップ（ｈ）で取得された情報に基づいて、ケーブル懸架式プラットフォームの第１及び第２の位置の間の位置差及び配向差を表す変換行列を生成すること、（ｍ）第１の位置におけるケーブル懸架式プラットフォームの基準フレーム内の第２の点の位置を表す第３のベクトルを形成するために、第２のベクトルに変換行列を乗算すること、並びに（ｎ）第１及び第３のベクトルを用いて第１の点と第２の点との間の距離（ｄ）を計算することを含む方法である。
【0012】
一実施形態によれば、前段落に記載された方法は、更に以下を含む。（ｏ）ケーブル懸架式プラットフォームからの測定データを含む一又は複数のメッセージを送信すること、（ｐ）制御局で一又は複数のメッセージを受信すること、及び（ｑ）メッセージから測定データを抽出することを更に含み、ステップ（ｆ）及び（ｋ）から（ｎ）は、制御ステーションでコンピュータシステムによって実行される。この方法は、ケーブル懸架式プラットフォームが第１の位置にある間、第１及び第２の可視特長を含む構造体の表面の一部の画像を取り込むために、カメラを使用すること、並びに制御ステーションでディスプレイスクリーン上の画像に重畳された、ステップ（ｎ）で計算された距離の値を表す画像及び記号を表示することを更に含みうる。例えば、第１及び第２の可視特徴は、構造体内の異常のそれぞれの終点でありうる。
【0013】
本明細書に開示された主題の更なる態様は、構造体を検査及び測定するためのシステムであって：少なくとも２つのアンカー点と、それぞれのアンカー点によって支持されている少なくとも２つのプーリと；少なくとも２つのスプールと、それぞれのスプールを回転駆動するために各々が動作可能に連結された少なくとも２つのスプールモータと；それぞれのスプールの漸進的角移動を検出するように各々が動作可能に連結されている少なくとも２つの回転エンコーダと；剛性支持構造体、剛性支持構造体に取り付けられたパンチルト機構、パンチルト機構に取り付けられたカメラ、及びカメラに取り付けられたレーザ範囲メーターを含むプラットフォームと；それぞれのスプール周囲に巻き付けられた第１の部分と、それぞれのプーリに接触している第２の部分とを各々が有している、剛性支持構造体に結合された少なくとも２つのケーブルと；パンチルト機構及びスプールモータの動作を制御し、カメラ及びレーザ範囲メーターを選択的に起動するように構成されたコンピュータシステムと；コンピュータシステムと制御ステーションとの間の通信を可能にするように構成されたトランシーバとを含むシステムである。コンピュータシステムは、カメラからの画像データ、パンチルト機構からのパン及びチルト角データ、レーザ範囲メーターからの距離データ、及び回転エンコーダからの回転データを受信し、構造体に対するプラットフォームの第１の位置を決定し、プラットフォームを第１の位置から第２の位置に移動させ、カメラが目標オフセットによって構造体の表面から分離されるように、スプールモータを制御する命令を送信するように更に構成される。
【0014】
全段落に記載のシステムの一実施形態によれば、剛性支持構造体は、機器支持部材と、機器支持部材に取り付けられた又は一体的に形成されたケーブル取り付けリングとを含み、ケーブル取り付けリングに取り付けられたケーブルの数は、少なくとも３つである。全段落に記載のシステムの別の実施形態によれば、剛性支持構造体は、機器支持部材と、機器支持部材に取り付けられた又は機器支持部材と一体的に形成されたトロリーとを含み、トロリーに取り付けられたケーブルの数は２つであり、アンカー点の数は２つであり、２つのアンカー点を結合する第３のケーブルを更に備え、トロリーは、第３のケーブル上を転動する第１及び第２のローラを含む。
【0015】
遠隔操作されるケーブル懸架式プラットフォームを使用する環境内の物体の点又はスケール及びポイントツーポイントの距離情報の３次元座標を取得するためのシステム及び方法の他の態様が、以下に開示される。
【0016】
前述の特徴、機能、及び利点は、様々な実施形態において独立して実施することが可能であるか、又は更に別の実施形態において組み合わせることが可能である。先述の態様及び他の態様を示すために、図面を参照して、様々な実施形態が以下で説明されることになる。このセクションで簡単に説明した図はどれも縮尺通りに描かれていない。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】いくつかの実施形態による、カメラ付きケーブル懸架式プラットフォームを使用して、対象物を検査及び測定するためのシステムを示す図である。
【図2C】は、矩形配置で平面内にあるそれぞれのアンカー点によって支持された４つのケーブルから懸架されたプラットフォームの上面図を表す図である。対象となる様々な寸法が示されている。
【図3】一実施形態による、対象物に向けられた一対のレーザポインタを有するビデオカメラの上面図を示す図である。
【図4】２つ以上のレーザポインタを有する遠隔制御されたケーブル懸架式プラットフォームを使用して、構造体の非破壊検査を行うシステムのいくつかの構成要素を特定するブロック図である。レーザポインタの構成は、図３、図６及び図８に示す代替的実施形態から選択されうる。
【図5A】対象物から距離Ｄ分離したビデオカメラと一対のレーザポインタを示す図であり、レーザポインタは、対象物の表面上の距離ｄだけ分離したそれぞれのレーザスポットを生成する。
【図6】別の実施形態による、対象物に方向付けられた一対の旋回可能なレーザポインタを有するビデオカメラの上面図を示す図である。
【図7A】対象物から距離Ｄだけ分離したビデオカメラ及び一対の旋回可能なレーザポインタを示す図であり、レーザポインタは、対象物の表面上の距離ｄだけ分離したそれぞれのレーザスポットを生成する。
【図8】更なる実施形態による、一対のレーザポインタ（第１の色）と、対象物に方向付けられた（単一軸周囲を）旋回可能な第３のレーザポインタ（第２の色）とを有するビデオカメラの上面図を示す図である。
【図9A】図８に示すように構成され、対象物から距離Ｄだけ分離したビデオカメラと３つのレーザポインタを示す図であり、レーザポインタは、それぞれのレーザスポットを生成し、そのうちの最も分離したものが、対象物の表面上で距離ｄだけ離れている。
【図10】一実施形態による、対象物上のレーザスポット間の距離をピクセルで決定するために画像を処理する方法のステップを示す図である。
【図11】画像処理効率を向上させるように、対象物上のレーザスポット間の距離をピクセルで決定するために画像を処理する方法のステップを示す図である。
【図12】別の実施形態による、対象物に方向付けられた一対のレーザ範囲メーターを有するビデオカメラの上面図を示す図である。
【図13】一実施形態による、対象物の非破壊検査中にケーブル懸架式プラットフォームを動作させる方法のステップを特定するフローチャートである。
【図14】搭載型ローカル測位システムを有する遠隔制御されたケーブル懸架式プラットフォームを使用して構造体の非破壊検査を実行するためのシステムのいくつかの構成要素を特定するブロック図である。
【図15】対象物に方向付けられたレーザ範囲メーターを有するビデオカメラの上面図を示す図である。
【図16】ローカル測位システムを担持するケーブル懸架式プラットフォームを使用して構造体の特長をサイジングする方法のステップを特定するフローチャートである。
【図17】図１５に示すビデオカメラ及びレーザ距離メーターを組み込んだケーブル懸架式プラットフォームを使用して、対象物上の第１の点から対象物上の第２の点までの距離及び方向を表すベクトルを生成する方法を示すベクトル図である。
【図18】搭載機器によって取得された測定データに基づいて、ケーブル懸架式プラットフォームの運動を制御するためのフィードバック制御プロセスのステップを特定するブロック図である。
【図19】代替的実施形態によるカメラ付きケーブル懸架式プラットフォームを使用して、対象物を検査及び測定するシステムを示す図である。
【図20】付録で参照され、機器座標系｛Ａ｝の原点から、実質的に機器の照準軸に沿って、対象となる点Ｐまで延びる位置ベクトルＡＰを示し、かつ対象物座標系｛Ｂ｝の原点から対象となる点Ｐまで延びる位置ベクトルＢＰを示す図である。
【図21】付録で参照される図であり、座標系変換のための較正行列を計算するための例示的な方法が記載されている。
【図22】付録で参照される図であり、座標系変換のための較正行列を計算するための例示的な方法が記載されている。
【図23】付録で参照される図であり、座標系変換のための較正行列を計算するための例示的な方法が記載されている。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下で図を参照するが、異なる図中の類似の要素には、同一の参照番号が付される。
【0019】
説明目的のために、ケーブル懸架式プラットフォームを使用して、測定又は非破壊検査を受ける物体の３次元座標情報、スケール、若しくはポイントツーポイント距離情報を取得するためのシステム及び方法について、ここから詳細に説明することになる。しかしながら、実際の実施態様のすべての特徴が、本仕様書に記載されているわけではない。当業者であれば、このような実施形態の開発において、実施態様によって異なるシステム関連及びビジネス関連の制約の順守といった、開発者の特定の目的を達成するために、多数の実施態様固有の決定を行う必要があることを理解するだろう。更に、このような開発労力は複雑かつ時間がかかるものであろうが、本開示の利点を有する当業者が引き受けるルーチンであると理解されよう。
【0020】
図１は、対象物１０２を検査し測定するいくつかの実施形態による測定システム２のいくつかの構成要素を示す図である。測定システム２は、定期的な検査を必要とする構造体（例えば、対象物１０２）の周りを移動しうるケーブル懸架式プラットフォーム１６を含む。測定システム２は、航空機を含む広範囲の対象物を検査する際に使用するように適合させることができる。測定システム２は、製造設備や倉庫などの大きな建物内での使用に特に適している。
【0021】
図１に示す測定システム２によれば、ケーブル懸架式プラットフォーム１６は、４つのケーブル６ａ－６ｄから懸架されている。より具体的には、ケーブル懸架式プラットフォーム１６は、剛性支持構造体４ａを備える。一実施形態によれば、剛性の支持構造体４ａは、それに取り付けられている又はそれと一体に形成されているケーブル取り付けリング３５を有する機器支持部材３６を備える。ケーブル６ａ－６ｄの端部は、ケーブル取り付けリング３５に取り付けられている。ケーブル６ａ－６ｄは、それぞれのウインチユニットのそれぞれのモータ駆動スプール８ａ－８ｄ（図２Ｂを参照して以下に詳細を説明する）によって繰り出され又は引き込まれ、ケーブルの繰り出された部分は、プーリ１２ａ－１２ｄの上を通過する。プーリ１２ａ－１２ｄは、次にそれぞれのアンカー点１０ａ－１０ｄに堅固に結合されたそれぞれのヨーク１４ａ－１４ｄに回転可能に連結されている。
【0022】
アンカー点１０ａ－１０ｄは、屋内用途のために壁又は天井に取り付けられてもよく、屋外用途のためにポール又はクレーンに取り付けられてもよい。アンカー点１０ａ－１０ｄは、同じ平面内に位置する必要はない。スプール８ａ－８ｄの位置及びケーブル６ａ－６ｄの繰り出された部分の長さが分かっている限り、ケーブル懸架式プラットフォーム１６の移動を制御するコンピュータシステム（図１には示されず）は、アンカー点の基準フレーム内のケーブル取り付けリング３５の中心の位置を追跡するように構成することができる。また、測定システム２は、４つのアンカー点の使用に限定されない。例えば、３つのアンカー点で十分であり、４つ以上のアンカー点を利用することができる。
【0023】
図１に示す実施形態によれば、ケーブル懸架式プラットフォーム１６は、機器支持部材３６の底端に取り付けられたローカル測位システム３８を更に備える。ローカル測位システム３８は、機器支持部材３６の底端に取り付けられたパンチルト機構１２０と、パンチルト機構１２０に取り付けられ、カメラ開口部２６を有するカメラ２０と、対象物１０２上に目標方向ベクトル１３４（図１において破線で示す）に沿ってレーザビームを投射して、対象物１０２の表面にレーザスポット（図１には示されず）を形成するためのレーザ範囲メーター１３８とを含む。パンチルト機構１２０は、パンユニット１２６とチルトユニット１２８とを含む。カメラ２０は、レーザ範囲メーター１３８が取り付けられるハウジング２２を備える。
【0024】
カメラ２０は、静止画像を取得するための静止カメラ（カラー及び／又は白黒）、カラー及び／又は白黒ビデオを取得するためのビデオカメラ、又は対象物１０２の赤外線静止画像又は赤外線ビデオを取得するための赤外線カメラを備えうる。これらのすべてのタイプの機能を実行できる単一のカメラを有することが可能でありうる。ローカル測位システム３８は、対象物１０２のローカル座標系で定義された対象物１０２上の点の座標を測定するように構成されたコンピュータシステム（図１には示されておらず、図１４のコンピュータシステム１６２を参照）を備える。具体的には、コンピュータシステムは、パンチルト機構１２０の運動を制御し、垂直の、方位角（パン）軸、及び水平な、仰角（チルト）軸の周りの選択された角度にカメラ２０を回転可能に調整するようにプログラムされる。コンピュータシステムはまた、カメラ２０の動作を制御し、そこから画像データを受信して制御ステーションに送信するようにプログラムされている。コンピュータシステムは、レーザ範囲メーター１３８の動作を制御し、そこから範囲データを受信して制御ステーションに送信するように更にプログラムされる。
【0025】
【0026】
本明細書で開示される測定システム２は、既存のローカル座標測定及び遠隔操作技術、特に米国特許第９，２８５，２９６号、第８，４４７，８０５号及び第７，８５９，６５５号に記載されているローカル測位システムの能力を活用する。ローカル測位システムのビデオカメラによって取得された画像データは、米国特許第８，７４４，１３３号に開示されているような画像処理を受けてもよい。
【0027】
更に図１を参照すると、ケーブル懸架式プラットフォーム１６の固定座標系に対するレーザ範囲メーター１３８の配向を記載する目標方向ベクトル１３４が、方位角及び仰角から決定される。レーザ範囲メーター１３８を用いて、レーザ範囲メーター１３８によって放射されたレーザビームが、次に対象物１０２の表面上の３つの較正点５ａ－５ｃのそれぞれと位置合わせされるときに、機器座標系における目標方向ベクトル１３４の配向が測定され、対象物座標系における３つの較正点５ａ－５ｃの位置は既知である。この方法はまた、レーザ範囲メーター１３８から３つの較正点５ａ－５ｃの各々までの目標方向ベクトル１３４に実質的に沿って距離（すなわち、範囲）を測定することを含む。この方法はまた、少なくとも、３つの較正点５ａ－５ｃに対応する機器座標系における測定された配向及び距離と、対象物座標系における３つの較正点５ａ－５ｃの既知の位置とを用いて、機器座標系で定義された位置を対象物座標系で定義された位置に変換する較正行列を計算することを含む。
【0028】
制御ステーション１５０（図２Ｂを参照）は、ケーブル懸架式プラットフォーム１６に搭載されたコンピュータシステム１６２から受信した範囲データを処理するために使用される３次元位置特定ソフトウェアでプログラムされたコンピュータシステムを含む。例えば、３次元位置特定ソフトウェアは、カメラ２０の対象物１０２に対する位置（位置及び配向）を画定するために、対象物１０２上の複数の較正点５ａ－５ｃ（航空機の表面の点又は特徴など）を使用する種類のものでありうる。較正点５ａ－５ｃは、特徴位置（例えば、ＣＡＤモデル）の３次元データベース又は他の測定技術から決定されるように、対象物１０２のローカル座標系で、既知の位置の目に見える特徴（窓フレームの角、ピトーチューブを取り付けるために使用されるネジなど）でありうる。ローカル測位システムを較正するプロセスの間、少なくとも３つの非共線点のＸ、Ｙ、Ｚデータが、ＣＡＤモデル又は他の３次元データソースから抽出される。典型的には、対象物上に容易に位置することができる特徴に対応する較正点５ａ－５ｃが選択される。３次元位置特定ソフトウェアは、対象物１０２のローカル座標系に対するカメラ２０の相対的な位置及び配向を画定するために（以下でより詳細に説明する）、較正点５ａ－５ｃと、パンチルト機構１２０からのパン及びチルトデータを利用する。較正点５ａ－５ｃまでの測定された距離は、対象物１０２に対するカメラの位置及び配向を解くために、パンチルト機構１２０からの方位角及び仰角と協調して使用されうる。対象物の座標系に対するカメラの位置及び配向を反映するカメラポーズ変換行列を生成するための方法論に関する更なる詳細が、付録に記載される。
【0029】
対象物１０２に対するカメラ２０の位置及び配向が決定されると、搭載コンピュータシステム１６２は、カメラ２０の光学画像フィールドを回転させて、対象物１０２上の未知の座標位置の対象となる点にズームするように動作させることができ、この点は、例えば、航空機上の損傷／修理場所でありうる。目標方向ベクトル１３４のこの位置では、カメラ２０の配向（カメラ２０の方位角軸及び仰角軸に沿ったそれぞれの角度を含みうる）が記録されうる。パンチルト機構１２０からの方位角及び仰角と、較正プロセスにおいて決定されるカメラ２０の相対的な位置及び配向（すなわち、相対的な位置）とを用いることにより、対象物１０２の座標系に対して対象点の位置を決定することができる。対象物１０２上の損傷／修理位置は、以下にいくらか詳細に記載されている技術を使用してサイズ決定されてもよい。亀裂の場合、亀裂の長さが測定されうる。
【0030】
対象物の座標系（以前のデータ取得セッション、ＣＡＤモデル、又は他の測定からの）における対象点の位置を知ることができる逆プロセスもまた、実行することができる。この状況では、カメラ２０は、較正点５ａ－５ｃが見える作業領域上の任意の位置（元のデータが記録された場所とは異なる場所にありうる）に配置され、機器対目標較正ステップが実行されうる。この較正は、本明細書では「カメラポーズ」と呼ばれるが、カメラだけではなく、例えば、距離を測定するための機器（レーザ範囲メーターなど）も含みうる。対象となる点からカメラ２０までの方向ベクトルは、対象物の座標系において計算されうる。方向ベクトルをケーブル懸架式プラットフォーム１６の座標系に変換するために、カメラポーズ変換行列の逆数が使用されうる。方位角及び仰角は、次に、カメラ２０を対象物１０２上の対象となる点に向けるためにパンチルト機構１２０によって計算され、使用されうる。
【0031】
典型的な実施形態では、ローカル測位システムは、対象物１０２の約１０－５０フィート内に設置されうる。対象物１０２は、例えば、貯蔵タンクのような構造体であってもよく、航空機のような大型輸送体であってもよい。対象物１０２上の較正点５ａ－５ｃは、対象物１０２に対するカメラ２０の位置及び配向を決定するために、パンチルト機構１２０からのパン及びチルトデータ（すなわち、方位角及び仰角）及びレーザ範囲メーター１３８からの距離データと併用して、３次元位置特定ソフトウェアによって選択され使用されうる。較正点５ａ－５ｃは、３次元ＣＡＤモデル又は他の測定技術から決定されるように、対象物１０２のローカル座標系における既知の位置の特徴点でありうる。
【0032】
既知のローカル座標を有する３つの較正点５ａ－５ｃを含む対象物１０２の基準フレームにおけるケーブル懸架式プラットフォーム１６の位置を較正するためのプロセスの上記説明から明らかなように、代わりに、ケーブル懸架式プラットフォーム１６の位置は、測定システム２の基準フレームにおいて較正することができる。この場合、アンカー点１０ａ－１０ｄが較正点として使用されうる。アンカー点１０ａ－１０ｄの既知の位置を使用してシステムを較正するために、ケーブル懸架式プラットフォーム１６は、アンカー点１０ａ－１０ｄの少なくとも３つがレーザ範囲メーター１３８によって目標設定できる位置に移動される。３つのアンカー点についての距離及びパンチルト角データが取得され、次にベクトルベースのアプローチを使用して、それらのアンカー点の既知の座標と比較される。
【0033】
ケーブル延伸を補償するために、測定システム２の全作業量（又は作業量の一部）に対する増強された種類の較正を行うこともできる。例えば、上述の較正プロセスは、予想される測定ボリュームを囲む仮想バウンディングボックスの８つのコーナーに対して実行することができる。次に、このデータは、ケーブル長に基づく３－Ｄ測位方法（以下に示す式によって説明される）によって計算された同一点のデータと比較される。８角の較正データ（ｅｉｇｈｔ－ｃｏｒｎｅｒ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｄａｔａ）を使用する簡単な方法の１つは、実行時に３線形補間を実行して、ケーブルの長さに基づくプロセスによって測定された値を調整するための補正量を提供することである。（また使用することができようケーブル長データを使用する他の補間手法もある。）
【0034】
レーザ範囲メーター１３８（「レーザ範囲ファインダー」及び「レーザ範囲メーター」とも称される）は、レーザハイブリッドシステムを形成するためにカメラ２０に取り付けられている。レーザ範囲メーター１３８からの測定データは、レーザ範囲メーター１３８（及びレーザ範囲メーターが固定されているカメラ２０）から対象物上の較正点までのそれぞれの距離の推定値を得るために、使用することができる。典型的なレーザ範囲メーターは、束ねた通常視認可能なレーザビームを対象物の表面に向けて送信するレーザダイオードを含む。対象物によって後方散乱される及び／又は反射される光は、光学系を受光することによって、受光器の能動表面上に結像される。レーザダイオードは、ビデオカメラの位置及び配向に対して固定された位置及び配向を有する。 受光器は、レーザダイオードの位置及び配向に対して固定された位置及び配向を有する。光の送信と受信との間の飛行時間は、レーザ範囲メーターと、送信されたビームが衝突する対象物表面の部分との間の距離を計算するために使用することができる。レーザ範囲メーターはまた、レーザポインタとしても機能する。代替的には、レーザ光以外の波動エネルギーを方向性に投影する距離メーターを利用することもできるだろう。
【0035】
完全性を期すために、図１に示すケーブル懸架式プラットフォーム１６を用いた基準フレームに対する対象物上の対象となる点の３次元座標を決定するための前述の方法は、共通して以下のステップを有する。（ａ）機器支持部材３６に結合され、複数のアンカー点１０ａ－１０ｄのそれぞれのアンカー点で支持された複数のケーブル６ａ－６ｄからケーブル懸架式プラットフォーム１６を懸架すること、（ｂ）パンチルト機構１２０を基準フレームに対して較正すること、（ｃ）カメラ２０が対象物１０２の範囲内にあるように、機器支持部材３６を移動させるように複数のケーブル６ａ－６ｄの繰り出された部分の長さを制御すること、（ｄ）複数のケーブル６ａ－６ｄの繰り出し部分の長さの一部に基づいて、各アンカー点１０ａ－１０ｄから機器支持部材３６の中心点のそれぞれの距離を測定すること、（ｅ）パンチルト機構１２０を制御して、レーザ範囲メーター１３８を対象物１０２上の対象となる点に向けること、（ｆ）レーザ範囲メーター１３８が対象となる点を目標としている間にパンチルト機構１２０のパン角及びチルト角を測定すること、（ｇ）レーザ範囲メーター１３８と対象となる点とを分離する距離を測定すること、及び（ｈ）距離及び角度の測定値を基準フレーム内の対象となる点の位置を表す直交座標ベクトルに変換すること。
【0036】
前段落に記載された方法の一実施形態によれば、基準フレームは、対象物１０２の基準フレームであり、ステップ（ｂ）は、機器支持部材３６が静止している間にレーザ範囲メーター１３８を異なる時間に対象物１０２上の３つ以上の較正点５ａ－５ｃに向けることと、パンチルト機構１２０の基準フレームから対象物１０２の基準フレームへの変換を表す較正行列を計算することとを含む。１つの提案された実施形態では、ステップ（ｂ）は、レーザ範囲メーター１３８が各較正点５ａ－５ｃを目標としている間にパンチルト機構１２０のパン角及びチルト角を測定することと、レーザ範囲メーター１３８が各較正点５ａ－５ｃを目標としている間、レーザ範囲メーター１３８と各較正点５ａ－５ｃとを分離する距離を測定することとを更に含む。
【0037】
代替的実施形態によれば、基準フレームは、複数のケーブル６ａ－６ｄのそれぞれのケーブルを支持する複数のアンカー点１０ａ－１０ｄの複数の少なくとも３つの非共線形アンカー点の基準フレームであり、ステップ（ｂ）は、機器支持部材３６が静止している間、レーザ範囲メーター１３８を、異なる時間に複数のアンカー点１０１－１０ｄの３つ以上のアンカー点に向けることと、パンチルト機構１２０の基準フレームから複数のアンカー点１０ａ－１０ｄの基準フレームへの変換を表す較正行列を計算することとを含む。１つの提案された実施形態では、ステップ（ｂ）は、レーザ範囲メーター１３８が各アンカー点を目標としている間にパンチルト機構１２０のパン角及びチルト角を測定することと、レーザ範囲メーター１３８が各アンカー点を目標としている間、レーザ範囲メーター１３８と各アンカー点とを分離する距離を測定することとを更に含む。
【0038】
図２Ａは、図１には示されていない平衡化重り３０を含む、ケーブル懸架式プラットフォーム１６のいくつかの構成要素を示す。平衡化重り３０が、機器支持部材３６の上端に結合され、その一方で、パンチルト機構１２０は、機器支持部材３６の底端に結合されている。釣合い重り３０は、カメラ２０の回転慣性を平衡化するための不活性質量を提供する。好ましくは、ケーブル取り付けリングの中心は、ケーブル懸架式プラットフォーム１６の重心とほぼ重なり合って、一又は複数の支持ケーブル６ａ－６ｄの伸長及び／又は後退によって移動されている際に、ケーブル懸架式プラットフォーム１６の望ましくない回転運動又は振り子運動を最小にする。更に、機器支持部材３６の配向を安定させるために、平衡化重り３０又はプラットフォーム上の他の位置にジャイロスコープを組み込んでもよい。重力のために、システムは垂直にとどまる。上部には平衡化重り３０があるが、ケーブル支持体の下のペイロードほど重くはない。ジャイロスコープは、システムが動く際に、配向が確実に変化しないようにする。機械ジャイロスコープは、システムが配向を維持することを可能にする一又は複数の高速スピニングディスクを有する。基本的な実施態様では、この種のジャイロスコープ安定化は、コンピュータ制御なしで受動的に達成することができる。スピニングディスクは、平衡化重り３０の一部とすることもできよう。固体状のジャイロスコープデバイス（ＭＥＭＳベースの慣性測定ユニットなど）では、ジャイロスコープが回転速度を測定し、その後、モータを使用して、システムの配向を補正する（ある種のマイクロプロセッサ又はコンピュータが、この変形例のそれぞれのモータコントローラに命令を送信するように構成されるだろう）。図２Ｂは、図１に示す測定システム２に組み込まれた各ウインチユニットの追加の構成要素を特定するブロック図である。各ウインチユニットは、ケーブル６ａ－６ｄのそれぞれの１つを支持するモータ駆動スプール８と、巻き取りの間にケーブルをスプール８の長さに対してかつ長さに沿って案内するケーブルガイド２４とを備える。各スプール８は、それぞれのスプールモータ１１６によって回転するよう駆動される。各ケーブルガイド２４は、ギアリングに基づいてスプール８を駆動する同一のスプールモータ１１６に移動する機械的デバイスである。スプールモータ１１６は、ウインチユニット制御コンピュータ１１２から命令を受信するそれぞれのモータコントローラ１１４の制御下にある。ウインチユニット制御コンピュータ１１２は、関連するモータコントローラ１１４に適切な命令を送信することによって各スプール８の回転を調整する。
【0039】
各スプール８は、スプール８の漸進的な角度回転を表す信号を出力する関連回転エンコーダ１１８を有する。各スプール８から繰り出された各ケーブルの長さは、それぞれの回転エンコーダ１１８からのフィードバックに部分的に基づいて、ウインチユニット制御コンピュータ１１２によって決定することができる。
【0040】
ウインチユニット制御コンピュータ１１２は、トランシーバ１６０ａ及び１６０ｂを介して制御ステーション１５０と通信する（有線接続又は無線で）。制御ステーション１５０のユーザインターフェースを介してシステムオペレータによって入力された命令に応答して、制御ステーション１５０は、ケーブル懸架式プラットフォーム１６の移動を制御するためにトランシーバ１６０ａ及び１６０ｂを介してウインチユニット制御コンピュータ１１２に命令を送信する。ウインチユニット制御コンピュータ１１２は、次にモータ駆動式スプール８の動作によってケーブル６ａ－６ｄを伸長及び／又は後退させるための命令をモータコントローラ１１４に送信する。好ましくは、全てのスプールモータ１１６は、同一の高レベルコンピュータ／オペレータインターフェースによって駆動される。すべてのモータ１１６が同一のコンピュータ（例えば、ウインチユニット制御コンピュータ１１２）によって操作されると、コンピュータは、逆運動学を使用して、ケーブル懸架式プラットフォーム１６の位置及び配向を同時に方向付けるように構成することができるのだが、このことは、４×４の変換マトリクスなどで位置（位置及び配向）を特定し、次にシステムに、一度にすべてのものを厳密に正確な場所に移動させることができることを意味している。
【0041】
各スプール８（すなわち、スプール８ａ－８ｄ）に関連するそれぞれの回転エンコーダによって出力されるパルスをカウントすることによって、ケーブル６ａ－６ｄの繰り出し部分のそれぞれの長さを算出するようにウインチユニット制御コンピュータ１１２を構成することによって、ケーブル取り付けリング３５の中心の正確な位置を追跡することができる。各スプール８のケーブル巻き付けに関しては、正しく行われた場合には、ケーブルの繰り出された（すなわち、巻き戻されていない）部分の長さを正確に計算することが可能である。スプール８が回転すると、関連する回転エンコーダは、スプールがいずれかの方向に回転する間の角度位置の漸進的変化ごとにパルスを生成する。しかし、漸進的回転ごとに繰り出される又は巻き取られるケーブルの量は、スプールに巻かれたケーブルの層の数の関数として変化するだろう。これに対処できる１つの方法は、スプール８にランダムに巻かれる代わりに、ケーブルラップが互いに隣り合うように、スプール上でケーブルがラップする方法を管理することによることである。これは、通常、スプール８の幅に沿って前後に動くケーブルガイド２４によって管理される。ケーブルがスプール８の一端に到着すると、ケーブルガイド２４は、方向を逆転させて、ケーブルを前のレベルの上の次のレベルに置くが、システムがスプール８上のケーブルのレベル数を数えれば、次に、システムは、スプール８に関連する有効直径変数（その上のケーブルを有する）を変更することができ、これにより、システムは、スプール８の漸進的回転ごとにスプール８から繰り出され又は巻き取られるケーブルの漸進的長さの正しい値を計算することができる。
【0042】
図２Ｃは、平面内に矩形状に配置されたそれぞれのアンカー点ＡＰ１－ＡＰ４によって支持された４本のケーブルから懸架されたプラットフォームの中心点Ｃの上面図を示す図である。この例では、アンカー点ＡＰ１は、アンカー点ＡＰ２から距離ｄ２だけ離れている。アンカー点ＡＰ２は、アンカー点ＡＰ３から距離ｄ１だけ離れている。アンカー点ＡＰ３は、アンカー点ＡＰ４から距離ｄ２だけ離れている。アンカー点ＡＰ４は、アンカー点ＡＰ１から距離ｄ１だけ離れている。ケーブル懸架式プラットフォームを４つのアンカー点ＡＰ１－ＡＰ４に接続するケーブルは、それぞれケーブル長Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４を有する。（注：ケーブルの端部が半径Ｒのリングに取り付けられている場合、方程式で使用されるそれぞれのケーブル長Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４は、それぞれ、それぞれのアンカー点からケーブル取り付けリング上のそれぞれの取り付け点まで延びるケーブルの実際の長さと半径Ｒとの和となるだろう。
【0043】
任意の所与の瞬間、制御ステーション１５０は、ケーブル長Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４を示す、回転エンコーダ１１８からの情報を有する。これらの測定値は、測定システム２の基準フレームにおいて、中心点Ｃの３次元位置（ｘ、ｙ、ｚ）を計算するために（ｚ（垂直）次元は図２Ｃには示されていないことに留意）、使用することができる。前述を達成するために、以下の順運動学（拘束）方程式が使用される。
これらの方程式は、非線形連立方程式の集合を形成する。逆運動学から、結果として得られる閉形式のｘ、ｙ、ｚ解を得ることができる。
【0044】
右手座標系（ｚが上方向）では、使用すべきｚ方程式は、負の方程式である。
【0045】
したがって、対象物１０２上の対象となる任意の点について、測定システムの基準座標フレームにおける対象となる点の３次元座標の決定を可能にし、また測定システムの基準座標フレームにおけるケーブル懸架式プラットフォーム１６の中心点Ｃの位置の決定も可能にする位置計算ソフトウェア、及びレーザ範囲メーター１３８による、その対象となる点に衝突するレーザビームの発生をもたらすだろうパンチルト機構１２０のパン角及びチルト角を有する、制御ステーション１５０のコンピュータシステムが構成されうる。
【0046】
図１に示される種類のケーブル懸架式プラットフォームは、測定又は非破壊検査を受ける対象物に対するスケール及びポイントツーポイント距離情報を取得する能力を更に含みうる。対象物上の点の間の距離又は対象物のスケールの離散的又は連続的な測定値を提供するために、ケーブル懸架式プラットフォームには、搭載センサ及び処理技術が提供されうる。このような距離及びスケール測定データの取得は、以下の３つのカテゴリに分けられるだろう。
【0047】
実施形態のあるカテゴリでは、ターゲットまでの距離、ターゲットの視野に対する基準スケール、及びいくつかの実施形態では、ターゲット上の対象となる点と点の間の距離を計算するための情報を取得するために、ジンバル式のビデオカメラとそれに取り付けられた２つ以上のレーザポインタが使用される。実施形態のこのカテゴリは、ターゲット表面が、レーザポインタ及びカメラの目標方向に対して比較的平坦で垂直である状況に適用可能である。本明細書で使用される場合、「レーザポインタ」という用語は、レーザビームを放射し、戻ったレーザ光を検出しないデバイスを意味する。
【0048】
概念の実施形態の別のカテゴリは、２つ以上のレーザ範囲メーターがジンバル式ビデオカメラに取り付けられて、ターゲットに対するビデオカメラの一又は複数の配向角だけではなく、ターゲット上の対象となる点の３次元座標の測定、ターゲットへの距離の直接測定、基準スケールの測定も可能にする構成である。３つの非共線的に取り付けられたレーザ範囲メーターが使用される場合、複数の配向角度を測定することができる（例えば、ヨー及びピッチ）。本明細書で使用される場合、「レーザ範囲メーター」（「レーザ範囲ファインダー」としても知られる）という用語は、レーザビームを放出し、戻ったレーザ光を検出するデバイスを意味する。
【0049】
実施形態の第３のカテゴリは、ジンバル式ビデオカメラと、それに取り付けられた単一のレーザ範囲メーターとを含み、ケーブル懸架式プラットフォームから環境内の対象物までの距離及び目標方向情報を取得するために使用される。この概念は、米国特許第７，８５９，６５５号に開示されているベクトルベースの測定アルゴリズムのいくつかの態様を、ケーブル長回転エンコーダ及びシステム構成（運動学的）のようなセンサの追加とともに活用して、 環境に対するケーブル懸架式プラットフォームの相対位置を決定する。このプラットフォームの運動データは、レーザ範囲メーターからの目標方向及び距離データとともに、環境内の物体の測定値を取得するために使用することができる。
【0050】
前述の種類の拡張機能ケーブル懸架式プラットフォームの例示的な実施形態について、ここで以下にいくらか詳細に説明することになる。図解のために、プラットフォームは、それに取り付けられた（例えば、カメラハウジング２２に取り付けられた）様々なレーザデバイスを有するビデオカメラ１３０を備えると仮定する。
【0051】
図３は、一実施形態による、それに取り付けられた一対のレーザポインタ１３２ａ及び１３２ｂを有し、かつ対象物１０２に方向付けられたビデオカメラ１３０の上面図を示す図であり、このビデオカメラ１３０は、図１に示すケーブル懸架式プラットフォーム１６内に一体化することができる。このようなシステムは、非破壊検査を受ける物体のためのスケール及びポイントツーポイント距離情報を取得可能である。レーザポインタ１３２ａ及び１３２ｂは、ビデオカメラ１３０のハウジング２２に並列構成で取り付けられている。好ましくは、ビデオカメラ１３０の焦点軸とレーザポインタ１３２ａ及び１３２ｂの目標方向は、互いに平行である。レーザポインタ１３２ａ及び１３２ｂ、並びにビデオカメラ１３０は、対象物１０２及び基準スケールまでの距離を計算するために使用される。この実施形態は、ケーブル懸架式プラットフォーム１６が対象物１０２に比較的接近している状況に使用される。
【0052】
起動されると、レーザポインタ１３２ａ及び１３２ｂは、図３のそれぞれの目標方向ベクトル１３４ａ及び１３４ｂによって示されるそれぞれの光路に沿って、それぞれの互いに平行なレーザビームを方向付け、レーザビームは、対象物１０２の表面にそれぞれのレーザスポットを形成する。ビデオカメラ１３０は、２つのレーザスポットが可視である画像を取り込むように作動されうる。この画像データは、２つのレーザポインタ－１３２ａ及び１３２ｂの軸を分離する既知の距離と共に、スケールファクタを決定するために使用することができるピクセル情報を導き出すために処理することができる（以下にいくらか詳細に説明する）。次に、ケーブル懸架式プラットフォーム１６が同じ位置にある間、ビデオカメラ１３０によって取り込まれた後続の画像にスケールインジケータを表示するために、このスケールファクタを使用することができる。より具体的には、１つの目的は、図５Ａ及び図５Ｂを参照して以下により詳細に説明するように、ポインタ１３２ａ及び１３２ｂと対象物１０２との間の距離Ｄを決定することである。
【0053】
図４は、その上に取り付けられた２つ以上のレーザポインタ１３２（例えば、図２に見られる第１のレーザポインタ１３２ａ及び第２のレーザポインタ１３２ｂ）を有する遠隔制御されたケーブル懸架式プラットフォーム１６を使用して構造体の非破壊検査を実行するためのシステムのいくつかの構成要素を特定するブロック図である。この例では、ローカル測位システム３８の構成要素は、非一過性の有形コンピュータ可読記憶媒体（図示せず）に記憶されたプログラミングによって構成されうる搭載コンピュータシステム１６２によって制御される。特に、コンピュータシステム１６２は、制御ステーション１５０から受信した無線周波数命令を実行するようにプログラムされうる。これらの無線命令は、ケーブル懸架式プラットフォーム１６に搭載されたトランシーバ１６０によって受信され、適切なデジタルフォーマットに変換され、次にコンピュータシステム１６２に転送される。
【0054】
制御ステーション１５０は、上記に記載のように、ウインチユニット制御コンピュータ１１２（図４には示されず、図２Ａを参照）に命令を送信することによってケーブル懸架式プラットフォーム１６の動作を制御し、ローカル測位システム３８の様々な構成要素を制御するためのプログラミングで構成された汎用コンピュータシステムを含みうる。例えば、制御ステーション１５０は、ケーブル懸架式プラットフォーム１６及びパンチルト機構１２０の動きを制御する命令、及びレーザポインタ１３２及びビデオカメラ１３０の起動のための命令を送信しうる。更に、制御ステーション１５０のコンピュータシステムは、検査工程中にケーブル懸架式プラットフォーム１６から受け取ったデータを処理するためのプログラミングで構成されている。特に、制御ステーション１５０のコンピュータシステムは、ビデオカメラ１３０によって取り込まれた画像を表示するためにディスプレイモニタ１５２を制御するソフトウェアで構成されたディスプレイプロセッサを備えうる。ビデオカメラ１３０によって視認される光学画像フィールドは、ディスプレイモニタ１５２上に表示することができる。より具体的には、制御ステーション１５０からの命令に応答して、コンピュータシステム１６２は、（例えば、電気ケーブルを介して）ビデオカメラ１３０及びレーザポインタ１３２を起動するための制御信号を送信する。ビデオカメラ１３０は、自動（遠隔制御された）ズーム機能を有しうる。また、コンピュータシステム１６２は、それぞれパンモータ１２２及びチルトモータ１２４を制御するモータコントローラ１６８に命令を送信することによって、パンチルト機構１２０のパンユニット１２６及びチルトユニット１２８（図１を参照）の回転を制御する。
【0055】
一実施形態によれば、パンチルト機構１２０は、コンピュータシステム１６２から受信した制御信号に応答して、ビデオカメラ１３０（及びそこに取り付けられたレーザデバイス）をパン軸周囲で回転させるように構成されたパンユニット１２６と、ビデオカメラ１３０をチルト軸（パン軸と直交する）周囲で回転されるように構成されたチルトユニット１２８とを含む。パンチルト機構１２０内のサーボモータなどのアクチュエータ（図示せず）は、ビデオカメラ１３０がパン軸及びチルト軸の周囲を回転する角速度、並びにパン軸及びチルト軸の周囲でビデオカメラ１３０の角度回転を調整することによって、コンピュータシステム１６２からの制御信号を受信し応答しうる。パンチルト機構１２０は、現在の角度位置データを表す信号をコンピュータシステム１６２に送り返すパン及びチルト回転エンコーダ（図示せず）を更に含む。パンチルト機構１２０に印加される制御信号は、ユーザ命令（例えば、制御ステーション１５０の一部である入力デバイスの操作）又は自動走査経路生成器に応じて、コンピュータシステム１６２によって計算されうる。
【0056】
図５Ａは、対象物１０２から距離Ｄだけ分離したビデオカメラ１３０と一対のレーザポインタ１３２ａ及び１３２ｂとを示す図であり、レーザポインタは、対象物１０２の表面上にそれぞれのレーザスポットを生成する。これらの対象物表面のレーザスポットは、距離ｄだけ分離している。図５Ｂは、図５Ａに示すビデオカメラ１３０によって取得された画像７０を表す図であり、この画像７０は、対象物１０２の表示１０２’と、レーザスポットのそれぞれの位置１０６及び１０８の表示とを含む。
【0057】
図５Ａ及び図５Ｂに示された状況によれば、既知の変数は、ビデオカメラ１３０の現在の視野（即ち、図５Ａの「ＦｏＶ」）、画像７０の幅方向の最大ピクセル数（即ち、図５Ｂの「ｍａｘＰｘ」）、レーザポインタ１３２ａ及び１３２ｂによって生成されたレーザスポットの位置１０６及び１０８を表すピクセルの各グループ間の画像７０内のピクセル数（即ち、図５Ｂの「ｎＰｘ」）、並びにレーザポインタ１３２ａと１３２ｂとを分離する距離（即ち、図５Ａの「Ｌ１」）である。未知の変数は、レーザスポットと距離Ｄ及びｄとの間の視野角αである。
【0058】
レーザスポット間の視野角αは、カメラの視野（ＦｏＶ）及び画像ピクセルデータを使用して計算することができる。
ここで、ｎＰｘは、レーザスポット間の測定されたピクセル数であり、ｍａｘＰｘは、ピクセルにおける画像幅である。次に、距離ｄと距離Ｄは、以下の式を使用して計算することができる。
ｄ＝Ｌ１
式（１）を視角αに代入すると、以下が得られる。
図３及び図５Ａに示す実施形態（及び後述する他の実施形態）によれば、距離Ｄの値は、継続的に更新される。
ｄ＝Ｌ１
【0059】
１つの可能な実施態様によれば、距離ｄの値は、ディスプレイモニタ１５２に表示される画像７０のどこに含まれてもよい。別の可能な実施態様によれば、距離ｄとピクセル数ｎＰｘとの比に基づいてスケールファクタを算出することができ、スケールファクタを示すスケールバー又は他のスケールインジケータは、画像７０の一部として含めることができる。このスケールインジケータは、ケーブル懸架式プラットフォーム－対象物分離距離Ｄが最新のものである限り、正確だろう。その分離距離が変化すると、更新されたスケールファクタを生成するために、上述の動作を繰り返すことができる。時間の経過とともに、スケールインジケータは、ケーブル懸架式プラットフォーム１６と対象物１０２とを分離する可変距離の関数として繰り返し調整される。
【0060】
非破壊検査の目的のために、好ましくは、検査された構造体の取得画像は、レーザスポットの表示を含まない。したがって、対象物１０２の撮像された表面積の初期サイジングに続いて、レーザポインタ１３２ａ及び１３２ｂが作動停止されている間、ビデオカメラ１３０を起動させて、追加の画像（例えば画像のビデオシーケンス）を取り込むことができる。この場合、ビデオカメラ１３０は、分離距離Ｄが最新である間に画像を取り込むことが好ましい。
【0061】
図６は、別の実施形態による、対象物１０２に向けられた一対の旋回可能なレーザポインタ１３２ａ及び１３２ｂを有するビデオカメラ１３０の上面図を示す図であり、このビデオカメラ１３０は、図１に示すケーブル懸架式プラットフォーム１６に一体化することができる。図３に部分的に示されている実施形態と同様に、図６に部分的に示された実施形態は、非破壊検査を受ける物体に対するスケール及びポイントツーポイント距離情報を取得することもできる。起動されると、レーザポインタ１３２ａ及び１３２ｂは、対象物１０２の表面のそれぞれのレーザスポットでそれぞれのレーザビームを方向付ける。レーザポインタ１３２ａ及び１３２ｂは、独立して旋回可能であってもよく、又はそれらの旋回機構は、レーザポインタ１３２ａ及び１３２ｂが反対方向に旋回可能であるように結合されてもよい。本明細書で使用される場合、「反対方向に旋回可能」というフレーズは、ビデオカメラ１３０の旋回軸の焦点軸（図６には示さず）に対するレーザポインタ１３２ａ及び１３２ｂの角度位置が、常に等しく反対であることを意味している。
【0062】
レーザポインタ１３２ａ及び１３２ｂは、平行な構成に対して既知の量だけ、ケーブル懸架式プラットフォーム１６に搭載された状態で回転させることができる。これにより、対象物１０２上のレーザスポット間に追加の分離が生じるのだが、これは、ケーブル懸架式プラットフォーム１６が、図３に示される実施形態の場合よりも対象物１０２から遠い状況に有用である。例えば、最初に、レーザポインタ１３２ａ及び１３２ｂは、平行に位置付けられ、それぞれの目標方向ベクトル１３４ａ及び１３４ｂによって示される相互に平行な光路に沿って、それぞれのレーザビームを放射する。次に、レーザポインタ１３２ａ及び１３２ｂを、既知の角度だけ回転させ、次に再び起動させて、それぞれの目標方向ベクトル１３４ａ’及び１３４ｂ’によって示される光路に沿って、それぞれのレーザビームを放射する。対象物１０２までの距離は、搭載ビデオカメラ（図示せず）によって取り込まれた画像を使用して決定することができ、その画像は、レーザスポットを表すピクセル群を含む。より具体的には、本実施形態では、レーザポインタ１３２ａ及び１３２ｂによって対象物１０２上にそれぞれ生成されるレーザスポット間の距離ｄ、並びにレーザポインタ１３２ａ及び１３２ｂと対象物１０２との間の距離Ｄを決定するように構成され、これについては、図７Ａ及び図７Ｂを参照して以下でより詳細に説明する。
【0063】
図７Ａは、対象物１０２から距離Ｄだけ分離したビデオカメラ１３０と一対の旋回可能なレーザポインタ１３２ａ及び１３２ｂとを示す図であり、レーザポインタは、対象物１０２の表面上にそれぞれのレーザスポットを生成する。これらの対象物表面のレーザスポットは、距離ｄだけ分離している。図７Ｂは、図７Ａに示すビデオカメラ１３０によって取得された画像７０を表す図であり、この画像７０は、対象物１０２の表示１０２’と、レーザスポットのそれぞれの位置１０６及び１０８を表すそれぞれのピクセル群とを含む。
【0064】
図７Ａ及び図７Ｂに示す状況によれば、既知の変数は、ビデオカメラ１３０の視野（即ち、図７Ａの「ＦｏＶ」）、画像７０の幅方向の最大ピクセル数（即ち、図７Ｂのでは「ｍａｘＰｘ」）、レーザポインタ１３２ａ及び１３２ｂによって生成されたレーザスポットの位置１０６及び１０８を表すピクセルの各グループ間のピクセル数（即ち、図７Ｂの「ｎＰｘ」）、レーザポインタ１３２ａ及び１３２ｂを透過するレーザビーム間の角度（即ち、図７Ａの「β」）、並びにレーザポインタ１３２ａ及び１３２ｂのそれぞれの旋回軸を分離する距離（即ち、図７Ａの「Ｌ１」）である。未知の変数は、レーザスポットと距離Ｄ及びｄとの間の視野角αである。
【0065】
レーザスポット間の視野角αは、式（１）を用いて再び計算することができる。次に、距離ｄと距離Ｄは、以下の式を使用して計算することができる。
【0066】
１つの可能な実施態様によれば、スケールファクタは、距離ｄとピクセル数ｎＰｘの比に基づいて計算することができ、ケーブル懸架式プラットフォーム１６が同じ位置にとどまっている間、スケールファクタを示すスケールバー又は他のスケールインジケータは、ビデオカメラ１３０によって取り込まれた次の画像上に表示することができる。
【0067】
図８は、更なる実施形態による、一対のレーザポインタ１３２ａ及び１３２ｂと、旋回可能な（単一軸の周囲を）第３のレーザポインタ１３２ｃを対象物１０２に向けたビデオカメラ１３０の上面図を示す図であり、ビデオカメラ１３０は、図１に示すケーブル懸架式プラットフォーム１６に一体化することができる。この変形例によれば、２つのレーザポインタ１３２ａ及び１３２ｂは、ビデオカメラ１３０に固定され、互いに平行であり、第３のレーザポインタ１３２ｃは、ビデオカメラ１３０に回転可能に取り付けられ、他の２つのレーザポインタ１３２ａ及び１３２ｂに対して固定された角度又は制御可能な角度に回転する。第３のレーザポインタ１３２ｃは、対象物１０２上のレーザスポットを互いに区別するのを助けるために、レーザポインタ１３２ａ及び１３２ｂによって照射されたレーザ光と異なる色のレーザ光を照射しうる。（代替的には、この計算方法は、同じ色の３つのレーザポインタを使用するようにすることができる。）レーザポインタ１３２ａ及び１３２ｂは、それぞれの照準方向ベクトル１３４ａ及び１３４ｂによって示される互いに平行な光路に沿って、それぞれのレーザビームを発し、他方で、第３のレーザポインタ１３２ｃは、図８の照準方向ベクトル１３４ａによって示される光路に沿ってレーザビームを発する。
【0068】
図９Ａは、図８に示すように構成され、距離Ｄだけ対象物１０２から分離したビデオカメラ１３０と３つのレーザポインタ１３２ａ－ｃを示す図であり、このレーザポインタ１３２ａ－ｃは、それぞれのレーザスポットを生成し、そのうちの最も分離したものは、対象物１０２の表面上の距離ｄだけ分離している。互いにレーザポインタ１３２ａ及び１３２ｂによって対象物表面上に生成されたレーザスポットは、レーザポインタ１３２ａ及び１３２ｂの軸を分離する物理的距離でもある、距離Ｌ１だけ離れている。レーザポインタ１３２ａ及び１３２ｂによって対象物表面に生成されたレーザスポットは、距離ｄだけ離れている。図９Ｂは、図９Ａに示されたビデオカメラ１３０によって取得された画像７０を表す図であり、画像７０は、対象物１０２の表示１０２’と、レーザスポットのそれぞれの位置１０６、１０７及び１０８を表すピクセルの群とを含む。
【0069】
図９Ａ及び図９Ｂに示された状況によれば、既知の変数は、ビデオカメラ１３０の視野（即ち、図９Ａの「ＦｏＶ」）、画像７０の幅方向の最大ピクセル数（図９Ｂの「ｍａｘＰｘ」）、レーザポインタ１３２ａ及び１３２ｂによって生成されたレーザスポットのそれぞれの位置１０６及び１０８を表す各ピクセルグループ間のピクセル数（即ち、図９Ｂの「ｎＰｘ１」）、レーザポインタ１３２ｂ及び１３２ｃによって生成されたレーザスポットのそれぞれの位置１０８及び１０７を表すピクセルの各グループ間のピクセル数（即ち、図９Ｂの「ｎＰｘ２」）、レーザポインタ１３２ｂ及び１３２ｃを透過するレーザビームの角度（即ち、図９Ａの「β」）、並びにレーザポインタ１３２ａ及び１３２ｂの各軸を分離する距離（即ち、図９Ａの「Ｌ１」）である。未知の変数は、レーザスポットと距離Ｄ及びｄとの間の視野角αである。
【0070】
レーザポインタ１３２ａ及び１３２ｂによって生成されるレーザスポット間の視野角αは、方程式（１）を用いて再び計算することができる。距離ｄと距離Ｄは、以下の式を使用して計算することができる。
ｄ＝Ｌ１＋Ｄ＊ｔａｎβ
又は
ｄ＝Ｌ１＋（ｎＰｘ１＋ｎＰｘ２）／ｎＰｘ１
したがって、ｄを計算するには２つの方法があり、１つは角度βを使用し、もう１つはｎＰｘ２を使用する。距離ｄの値を計算する２つの別個の方法を有することは、信頼性を改善するためのプロセスチェックとして役立つ。
又は
ｄ＝Ｌ１＋（ｎＰｘ１＋ｎＰｘ２）／ｎＰｘ１
したがって、ｄを計算するには２つの方法があり、１つは角度βを使用し、もう１つはｎＰｘ２を使用する。距離ｄの値を計算する２つの別個の方法を有することは、信頼性を改善するためのプロセスチェックとして役立つ。
【0071】
１つの可能な実施態様によれば、スケールファクタは、距離ｄと和の比（ｎＰｘ１＋ｎＰｘ２）に基づいて計算することができる。その後、ケーブル懸架式プラットフォーム１６が同じ位置にとどまっている間、スケールファクタ又はスケールファクタを示す他のスケールインジケータをビデオカメラ１３０によって取り込まれた後続の画像に表示することができる。
【0072】
図５Ａ、図５Ｂ、図７Ａ、図７Ｂ、図９Ａ及び図９Ｂに部分的に示された実施形態によれば、画像処理方法は、画像７０上に表示されたレーザスポットの画像間の距離をピクセルで決定するために使用される。画像処理ステップの主な目的は、対象物上のレーザスポット間の距離をピクセルで決定することである。ピクセルカラーを使用する方法など、このために使用できるであろう方法がいくつか存在するが、その手法は、広範な照明条件を有する可能性のある環境ではあまり確固たるものではない。この用途では、レーザスポットが１つの画像ではオンであり、次の画像ではオフである、連続画像を含むプロセスが使用される。この方法は、ビデオカメラのフレームレートの半分のレート（又は他の整数除数）のレートでレーザポインタをオン又はオフに循環させること、次いで変化した連続するクラスターピクセルを特定するために、画像減算ステップを実行することを包含する。隣接するクラスタの重心間の差はピクセル距離（ｎＰｉｘｅｌｓ）であり、スケールファクタを計算し、後でそのスケールファクタを図形的に示すスケールインジケータを表示するために、そのピクセル距離を距離ｄと併用することができる。
【0073】
変化検出は、２つ以上の画像の差異を判定するために使用されるプロセスである。例えば、変化の領域は、デジタル画像処理技術を用いて決定することができる。１つのこのようなプロセスは、画像減算、ぼかしフィルタ、及び画像セグメンテーションのステップを含みうる。「デジタル画像処理」という用語は、画像又は一連の画像のコンピュータベースの分析を意味する。用語「ピクセル」は、２Ｄデジタル画像を構成する画像要素を指す。セグメンテーションは、デジタル画像内で類似の特性を有するピクセルを特定するプロセスである。
【0074】
図１０は、一実施例に従って、対象物上のレーザスポット間の距離をピクセルで決定するために画像を処理する方法のステップを示す図である。ビデオカメラ１３０は、時間Ｔ＝０．００、０．０１、０．０２及び０．０３でそれぞれのフレーム１４０ａ－ｄを取り込む。レーザポインタ１３２ａ及び１３２ｂは、時間Ｔ＝０．００及び０．０２でフレーム１４０ａ及び１４０ｃが取り込まれた場合にオフであるが、時間Ｔ＝０．０１及び０．０３でフレーム１４０ｂ及び１４０ｄが取り込まれた場合にはオンである。フレーム１４０ｂは、減算画像１４２ａを生成するためにフレーム１４０ａから減算され、フレーム１４０ｄは、減算画像１４２ｂを生成するためにフレーム１４０ｃから減算される。次に、減算画像１４２ａ及び１４２ｂの差の位置が決定される。各領域の重心を求め、ピクセル座標（ｘ、ｙ）に変換する。カメラの光学系を補償するために歪み補正が実行され、２次元画像補正が適用され、（ｘ’、ｙ’）となる。この補正は、例えば、レンズ光学系、ズーム、及び焦点レベルに依存しうる。一実施形態では、補正が実験的に決定され、実行時にテーブルルックアップを使用して呼び出される。照明補正が適用された後、各減算画像に現れる差（すなわち、レーザスポットの画像）が決定される。一実施形態では、ピクセルごとの差分演算が実行され、続いてぼかしフィルタ演算が行われ、次に画像セグメンテーション演算が実行される。Ｎ×Ｎぼかしフィルター（５×５カーネルなど）を使用することができる。画像に関連する高周波ノイズの大部分を平滑化し、さまざまなサイズの領域を破棄するように調整することができる。ぼかし画像は、その後、別個の非接触領域に分割される。別々の領域のそれぞれの重心が計算され、画像ペアのそれぞれに関連付けられたリストに格納される。次に、２つのレーザスポットに対応する２つの重心を分離するピクセルの数が計算される。
【0075】
レーザスポットのそれぞれの位置１０６及び１０８を表すピクセルの群は、各画像の同じ水平ストリップにあるので、画像処理のために画像のその部分のみが必要とされる。図１１は、画像処理効率を向上させるように、対象物上のレーザスポット間の距離をピクセルで決定するために画像を処理する方法のステップを示す図である。例えば、水平ストリップ１４４ａ及び１４４ｂは、フレーム１４０ａ及び１４０ｂからそれぞれ作成することができる。次いで、水平ストリップ１４４ａから水平ストリップ１４４ｂが減算され、減算画像１４６が形成される。
【0076】
この概念の実施形態の別のカテゴリは、ケーブル懸架式プラットフォーム１６が、ターゲットに対する距離、基準スケール、並びにターゲットに対するケーブル懸架式プラットフォーム１６の一又は複数の配向角度の測定を可能にする２つ以上のレーザ範囲メーターを組み込む構成である。３つの非共線的に取り付けられたレーザ範囲メーターが使用される場合（ここでは図示されず）、複数の配向角度を測定することができる（例えば、ヨー及びピッチ）。
【0077】
図１２は、別の実施形態による、対象物１０２に向けられた一対のレーザ範囲メーター１３８ａ及び１３８ｂを有するビデオカメラ１３０の上面図を示す図であり、このビデオカメラ１３０は、図１に示すケーブル懸架式プラットフォーム１６に一体化することができる。レーザ範囲メーター１３８ａ及び１３８ｂは、ビデオカメラ１３０に取り付けられ、ビデオカメラ１３０と共に回転する。図１２に部分的に示された実施形態は、非破壊検査を受ける物体のスケール情報を取得することができる。ケーブル懸架式プラットフォーム１６と対象物１０２との間の分離距離Ｄと、対象物１０２に対するケーブル懸架式プラットフォーム１６の配向角度とを測定することもできる。レーザ範囲メーター１３８ａ及び１３８ｂは、互いに平行な構成に配置されている。例えば、相互に平行な軸を有する一対のレーザ範囲メーター１３８ａ及び１３８ｂは、ビデオカメラ１３０のハウジング２２に固定的に取り付けられている。好ましくは、ビデオカメラ１３０の焦点軸及びレーザ範囲メーター１３８ａ及び１３８ｂの目標方向は、互いに平行である。起動されると、レーザ範囲メーター１３８ａ及び１３８ｂは、それぞれのレーザスポットを形成するそれぞれ相互に平行なレーザビームを対象物１０２の表面上に方向付ける。
【0078】
レーザ範囲メーター１３８ａ及び１３８ｂの軸が、レーザビームが衝突する対象物１０２の表面の部分に対して垂直でない例において、その表面からレーザ範囲メーター１３８ａ及び１３８ｂを分離するそれぞれの距離は、等しくならず、ケーブル懸架式プラットフォーム１６は、その表面に対して非ゼロの配向角を有することになる。レーザ範囲メーター１３８ａ及び１３８ｂの軸が、レーザビームが衝突する対象物１０２の表面の部分に対して垂直である例において、その表面からレーザ範囲メーター１３８ａ及び１３８ｂを分離するそれぞれの距離は等しくなり、配向角度はゼロになるだろう。したがって、対象物１０２からのレーザ範囲メーター１３８ａ及び１３８ｂのそれぞれの離隔距離の測定値は、対象物１０２及び現在の配向角度からケーブル懸架式プラットフォーム１６の現在のオフセットを決定し、次いでケーブル懸架式プラットフォーム１６を制御して、目標オフセットからの現在のオフセットの偏差と、目標配向角度（例えば、ゼロ度の角度）からの現在の配向角度の偏差の両方を低減するように移動させるために、使用することができる。
【0079】
ビデオカメラ１３０は、レーザ範囲メーター１３８ａ及び１３８ｂによって放射されるレーザビームによって形成される２つのレーザスポットが見える画像を取り込むように起動されうる。この画像データは、２つのレーザ範囲メーター１３８ａ及び１３８ｂの軸を分離する既知の距離と共に、スケールファクタを決定するために使用することができるピクセル情報を導き出すために処理することができる（詳細は後述する）。次に、ケーブル懸架式プラットフォーム１６が同じ位置にある間、ビデオカメラ１３０によって取り込まれた後続の画像にスケールインジケータを表示するために、このスケールファクタを使用することができる。
【0080】
複数レーザ範囲メーターの実施形態について、それぞれのレーザ範囲メーターから対象物１０２までの距離に関連する情報が測定されており、かつビデオカメラ１３０の視野が分かっているので、画像処理ステップを必要とせずにスケールファクタを決定することが可能である。画像処理ステップから使用できる部分はｎＰｘであるが、次の式を使用して、ＦｏＶ、平均距離Ｄ／ｎ、Ｌ１、及びｍａｘＰｘ（ｎはレーザ範囲メーターの数）の関数として計算することができる。
（注：前述の計算はまた、画像歪み補正ステップ、又はより正確にはその逆を必要とする。）
【0081】
制御ステーション１５０（図４参照）からの命令に応じて、ビデオカメラ１３０並びにレーザ範囲メーター１３８ａ及び１３８ｂは、搭載コンピュータシステム１６２によって（例えば、電気ケーブルを介して）出力される制御信号によって、起動させることができる。コンピュータシステム１６２はまた、パンモータ１２２及びチルトモータ１２４（図４を参照）に命令を送ることによって、パンユニット１２６及びチルトユニット１２８の動きを制御する。
【0082】
代替的実施形態によれば、ケーブル懸架式プラットフォーム１６は、一又は複数の配向角度と同様に、対象物までの距離の測定を可能にする複数のレーザ範囲メーターを含む。２つのレーザ範囲メーターが使用される場合（図１２に示される実施形態におけるように）、１つの配向角度を測定することができる（例えば、ヨー）。３つの非共線的に取り付けられたレーザ範囲メーターが使用される場合（図示せず）、複数の配向角度を測定することができる（例えば、ヨー及びピッチ）。この情報から、スケールファクタをユーザに表示することができ、又は輸送体の制御に運動制約を適用することができる。
【0083】
図１３は、３つの非共線的に取り付けられたレーザ範囲メーター３８が使用され、ヨー及びピッチの配向角が測定される一実施形態による構造体の非破壊検査中に、ケーブル懸架式プラットフォームを動作させる方法４０のステップを特定するフローチャートである。方法４０は、以下のステップを含む。（ａ）ケーブル懸架式プラットフォームを検査される構造体に向かって移動するように制御すること（ステップ４２）、（ｂ）ケーブル懸架式プラットフォームが移動している間、構造体の表面上のそれぞれのスポットからレーザ範囲メーターを分離するそれぞれの距離を繰り返し測定する（即ち、計算する）ために、ケーブル懸架式プラットフォームに搭載された３つのレーザ範囲メーター３８を使用すること（ステップ４４）、（ｃ）少なくともステップ４４で計算された距離に基づいて、ケーブル懸架式プラットフォームを構造体から分離する第１の分離距離を計算すること（ステップ４６）、（ｄ）構造体に対する特定の分離距離（例えば、目標オフセットに等しい）で停止するように、ケーブル懸架式プラットフォームを制御すること（ステップ４８）、（ｅ）ステップ４４で計算された距離に基づいて、構造体の表面上の３つのレーザスポットと交差する平面に対するビデオカメラ１３０の焦点軸のヨー角及びピッチ配向角を計算すること（ステップ５０）、（ｆ）ビデオカメラ１３０の焦点軸が構造体の表面に対して垂直になるように、ビデオカメラ１３０の方向を変えるためにパンチルト機構１２０を制御すること（ステップ５２）、（ｇ）ケーブル懸架式プラットフォームが特定の分離距離（例えば、第１の位置）にある間、構造体の画像を取り込むためにビデオカメラ１３０を使用すること（ステップ５４）、（ｈ）分離距離及びビデオカメラ１３０の視野に少なくとも部分的に基づいて、ディスプレイスクリーン上に表示されたときの画像のスケールファクタを計算すること（ステップ５６）、（ｉ）上に重畳したスケールインジケータを含む画像を表示することであって、スケールインジケータの値又は長さがスケールファクタを表示する、表示すること（ステップ５８）、並びに（ｊ）フィードバック制御モードを継続するか否かを判断すること（ステップ６０）。ステップ６０において、フィードバック制御モードを継続すべきであると決定された場合、プロセスはステップ４４に戻る。ステップ６０において、フィードバック制御モードが継続すべきではないとの決定がなされた場合、以前のケーブル懸架式プラットフォームの移動モードが再開される（ステップ６２）。
【0084】
図１に示す構成によれば、ケーブル懸架式プラットフォーム１６に搭載された機器によって取得されたデータ（すなわち、レーザ範囲メーター１３８ａ及び１３８ｂによって取得された測定データ並びにビデオカメラ１３０によって取得された画像データ）が、トランシーバ１６０によって送信される。このメッセージは、地上の制御ステーション１５０によって受信される。制御ステーション１５０のコンピュータシステムは、メッセージから画像を表す画像データを抽出し、画像データに従ってディスプレイスクリーンのピクセルの状態を制御することによって、ディスプレイモニタ１５２のスクリーン上に表示させる。
【0085】
運動制御機能の一態様によれば、ケーブル懸架式プラットフォーム１６は、分離距離を維持しながら第２の位置に移動するように制御することができる。次に、ビデオサテライト１３０は、ケーブル懸架式プラットフォーム１６が第２の位置にある間、構造体の第２の画像を取り込むように起動され、この第２の画像は、ディスプレイスクリーン上に表示することができる。２つの画像は、表示のために共にステッチされてもよい。いくつかの例では、第１及び第２の画像は、それぞれ、構造の表面上の部分的に重畳する領域又は連続した領域を表す、第１及び第２の組の画像データを含みうる。
【0086】
運動制御機能の別の態様によれば、制御ステーション１５０のコンピュータシステムは、ケーブル懸架式プラットフォーム１６が第１の位置から第２の位置に移動した後の目標オフセットからの分離距離の偏差を検出し、次いで、分離距離が目標オフセットに等しい第３の位置に移動するようにケーブル懸架式プラットフォーム１６を制御し、それによって偏差をゼロに低減するようにプログラムされてもよい。制御ステーション１５０のコンピュータシステムは、ケーブル懸架式プラットフォーム１６が第２の位置にある間、３つのレーザ範囲メーター１３８によって測定された第１、第２及び第３の距離に基づいて、構造体の表面に対するビデオカメラ１３０の焦点軸の配向角度を計算することと、ケーブル懸架式プラットフォーム１６が第２の位置にある間に所望の配向角度からのずれを検出することと、ケーブル懸架式プラットフォーム１６が第２の位置にある間、配向角度が所望の配向角度に等しくなるように、ビデオカメラ１３０の配向を変更するために、パンチルト機構１２０を制御することとを実行するように更にプログラムされうる。
【0087】
図１４は、代替的実施形態による、遠隔制御されたケーブル懸架式プラットフォーム１６を使用して構造体の非破壊検査を行うシステムのいくつかの構成要素を特定するブロック図である。図４及び図１４にそれぞれ示されたシステム同士の唯一の違いは、図４に示すシステムが、ビデオカメラ１３０のハウジング２２に取り付けられたレーザポインタ１３２を有するのに対し、図１４に示すシステムは、ビデオカメラ１３０のハウジング２２に取り付けられたレーザ範囲メーター１３８を有することである。
【0088】
図１４に見られるように、ケーブル懸架式プラットフォーム１６に搭載された機器は、パンチルト機構１２０、ビデオカメラ１３０、及びレーザ範囲メーター１３８を備え、これらの全ては、制御信号によって（例えば、電気的ケーブルを介して）起動され、コンピュータシステム１６２によって送信することができる。コンピュータシステム１６２は、パンモータ１２２及びチルトモータ１２４をそれぞれ制御するモータコントローラ１６８に命令を送信することによって、ビデオカメラ１３０の配向を調整することもできる。パンチルト機構１２０は、パン軸及びチルト軸周囲で選択された角度までレーザ範囲メーター１３８及びビデオカメラ１３０を回転調整するように制御される。ケーブル懸架式プラットフォーム１６の固定座標系に対するレーザ範囲メーター１３８（及びビデオカメラ１３０の焦点軸）の配向を説明する目標方向ベクトル１３４は、パン及びチルト角から決定されるレーザ範囲メーター１３８は、対象物１０２上の対象となる点に向けられる。
【0089】
レーザ範囲メーター１３８は、ビデオカメラ１３０のハウジング２２内部に組み込まれてもよく、又はそれが目標方向ベクトル１３４に沿ってレーザビームを送信するように、ハウジング２２の外側に取り付けられてもよい。レーザ範囲メーター１３８は、対象物１０２上の任意の可視特長又は対象物１０２上に取り付けられた任意のマーカまでの距離を測定するように構成される。いくつかの実施形態によれば、レーザ範囲メーター１３８は、対象物１０２までの距離を決定するために、レーザビームを使用する。レーザ範囲メーターの最も一般的な形態は、対象物１０２に向かって狭いビーム内にレーザパルスを送り、対象物１０２から反射して、レーザ範囲メーター１３８の内部に組み込まれた光検出器に戻されるパルスによってかかる時間を測定することによって、飛行時間の原理で動作する。既知の光の速度及び正確な時間の測定により、レーザ範囲メーター１３８から、レーザビームが衝突する対象物１０２の表面上のスポットまでの距離を計算することができる。多くのパルスは、ケーブル懸架式プラットフォーム１６がある場所にあり、平均応答が最も一般的に使用されている間に順次発射される。
【0090】
図１５は、対象物１０２に向けられたレーザ範囲メーター１３８を有するビデオカメラ１３０の上面図を示す図であり、このビデオカメラ１３０は、図１に示すケーブル懸架式プラットフォーム１６に一体化することができる。レーザ範囲メーター１３８によって送信されたレーザビームは、レーザスポット１０４でターゲット１０２の表面に衝突する。ビデオカメラ１３０の視野１３６（一対の点線によって示される）の角度は、図１５において「ａｎｇ」と表示されたアークによって示される。目標方向ベクトル１３４は、レーザ範囲メーター１３８からレーザスポット１０４まで延び、長さＤ（以下、レーザ範囲メーター１３８と対象物１０２とを分離する「距離Ｄ」とも呼ばれる）を有する。
【0091】
一実施形態によれば、距離Ｄは、視野１３６の角度が分かっている間、レーザ範囲メーター１３８によって測定される。この情報は、ビデオカメラ１３０によって取り込まれた画像が表示されているときに、ディスプレイモニタ１５２（図１４参照）のスクリーン上にサイズスケールインジケータを重畳する（ｏｖｅｒｌａｙ）又は重ね合わせる（ｓｕｐｅｒｉｍｐｏｓｅ）ために使用することができる。対象物１０２までの距離Ｄが分かっている場合、ディスプレイモニタ１５２のスクリーン上の画像に表示されたスケール情報により、ユーザは、表示された画像内の物体のサイズを測定できる。スケールインジケータは、ディスプレイ上の画像の全体的な水平及び垂直寸法、又はスクリーンの一部分のスケールファクタデータを示すオンスクリーンオーバーレイの形態を採ることができよう。これにより、ビデオカメラ１３０によって取り込まれ、ディスプレイモニタ１５２の画面上の画像に表示されるシーンのサイズコンテキストが提供される。
【0092】
既知のカメラの視野角は、以下の式によって与えられる。
ａｎｇ＝２＊ａｔａｎ（ＳＣＲｘ／（２Ｄ））
画像のＸ値とＹ値は、次の式で与えられる。
ＳＣＲｘ＝Ｄ＊ｔａｎ（ａｎｇ／２）
ＳＣＲｙ＝ｒａｔｉｏ＊ＳＣＲｘ
ここで、Ｄは、レーザ範囲メーター１３８によって測定された対象物表面までの距離であり、「ｒａｔｉｏ」は、画像アスペクト比（既知）、すなわち画像幅ｗと像高ｈとの比である。
ａｎｇ＝２＊ａｔａｎ（ＳＣＲｘ／（２Ｄ））
画像のＸ値とＹ値は、次の式で与えられる。
ＳＣＲｘ＝Ｄ＊ｔａｎ（ａｎｇ／２）
ＳＣＲｙ＝ｒａｔｉｏ＊ＳＣＲｘ
ここで、Ｄは、レーザ範囲メーター１３８によって測定された対象物表面までの距離であり、「ｒａｔｉｏ」は、画像アスペクト比（既知）、すなわち画像幅ｗと像高ｈとの比である。
【0093】
更なる実施形態によれば、完全にモータ駆動されるパンチルト機構１２０は、対象物１０２の表面上の２つの点を分離する距離の直接的な測定値を取得するために、ケーブル懸架式プラットフォーム移動制御部とは独立して、レーザ範囲メーター１３８に向けられるために使用することができる。並進オフセットがゼロであるか、又は測定可能であると仮定すると、次に、ローカル測位システム３８のすべての基本的特徴を使用することができる。
【0094】
図１６は、ローカル測位システム３８を担持するケーブル懸架式プラットフォーム１６を使用して、検査される構造体の表面上の特長のサイジング（すなわち、ポイントツーポイント距離の測定）方法１７０のステップを特定するフローチャートである。方法１７０は、以下のステップを含む。（ａ）検査される構造体から分離された第１の位置に向かって移動し、次いでその位置に留まるように、ケーブル懸架式プラットフォーム１６を制御するステップ（ステップ１７２）；（ｂ）ケーブル懸架式プラットフォームが第１の位置にある間、構造体の表面上の第１の可視特長に対応する第１の点にレーザ範囲メーター１３８を向けるステップ（ステップ１７４）と、第１の距離測定値を取得するステップ（ステップ１７６）；（ｃ）レーザ範囲メーター１３８のチルト角が第１の点に向けられると、レーザ範囲メーター１３８のそれぞれのパン角及びチルト角を測定するために、パンチルト機構１２０を使用するステップ（ステップ１７８）；（ｄ）ステップ１７６及び１７８で取得された距離及び角度測定値を、第１の位置におけるケーブル懸架式プラットフォーム１６の基準フレーム内の第１の点の位置を表す第１のベクトルに変換するステップ（ステップ１８０）；（ｅ）ケーブル懸架式プラットフォーム１６が第２の位置にある間、構造体の表面上の第２の可視特徴に対応する第２の点にレーザ範囲メーター１３８を向けるステップ（ステップ１８２）、及び第２の距離測定値を取得するステップ（ステップ１８４）；（ｆ）チルト角が第２の点に向けられるときに、レーザ範囲メーター１３８のそれぞれのパン角及びチルト角を測定するために、パンチルト機構１２０を使用するステップ（ステップ１８６）；（ｇ）ステップ１８４及び１８６で取得された距離及び角度測定値を、第２の位置におけるケーブル懸架式プラットフォーム１６の基準フレームにおける第２の点の位置を表す第２のベクトルに変換するステップ（ステップ１８８）；（ｈ）第１の位置から第２の位置への移動中に、ケーブル懸架式プラットフォームの加速度及び回転速度を測定するために、ＩＭＵ１６６を使用するステップ（ステップ１９０）；（ｉ）ステップ１９０で取得された情報に基づいて、ケーブル懸架式プラットフォーム１６の第１の位置と第２の位置との間の位置差及び配向差を表す変換行列を生成するステップ（ステップ１９２）；（ｊ）第１の位置におけるケーブル懸架式プラットフォーム１６の基準フレーム内の第２の点の位置を表す第３のベクトルを形成するために、第２のベクトルに変換行列を乗算するステップ（ステップ１９４）；並びに（ｋ）第１及び第３のベクトルを使用して第１の点と第２の点との間の距離を計算するステップ（ステップ１９６）。
【0095】
一実施形態によれば、前段落に記載された方法は、更に以下を含む。（ｌ）ケーブル懸架式プラットフォーム１６からステップ１７６、１７８、１８４、１８６及び１９０で取得された測定データを含む一又は複数のメッセージを送信すること；（ｍ）制御ステーション１５０（図１４参照）で一又は複数のメッセージを受信すること；及び（ｎ）メッセージから測定データを抽出することであって、ステップ１８０、１８８、１９２、１９４及び１９６は、制御ステーション１５０でコンピュータシステムによって実行される、抽出すること。この方法は、ケーブル懸架式プラットフォーム１６が第１の位置にある間、第１及び第２の可視特長を含む構造体の表面の一部の画像を取り込むために、ビデオカメラ１３０を使用すること、及びステップ１９６で計算された距離の値を表す画像及び記号を制御ステーション１５０のディスプレイモニタ１５２上の画像に重畳されて表示することを更に含みうる。例えば、第１及び第２の可視特徴は、構造内の異常（例えば、亀裂）のそれぞれの終点でありうる。
【0096】
図１７は、上述したケーブル懸架式プラットフォーム１６を用いて、対象物１０２上の第１の点から対象物１０２上の第２の点までの距離及び方向を表すベクトルを生成する上述の方法を示すベクトル図である。単一のレーザ範囲メーター１３８は、２点の座標を直接測定するために使用されるので、共通の基準位置が２点間の距離を決定するために使用される。この状況では、ユーザは、ローカル測位システム３８（及びケーブル懸架式プラットフォーム１６）の第１の基準フレームにおける第１の点の座標の取得中の、ケーブル懸架式プラットフォーム１６の第１位置と、第１の基準フレームからオフセットされたローカル測位システムの第２の基準フレーム内の第２の点の座標の取得中のケーブル懸架式プラットフォーム１６の第２の位置との間の距離を測定する。取得された座標位置データを用いて、ローカル測位システム３８の第１の基準フレームと第２基準フレームとの間の位置差及び配向差を表す変換行列（すなわち、第１及び第２の測定が行われた瞬間のケーブル懸架式プラットフォーム１６の第１の位置と第２の位置との間の差）が生成される。
【0097】
図１７に見られるベクトル図は、前の段落で説明した構成を示している。それぞれの頂点で一致する２対の相互に直交する矢印は、それぞれの基準フレームを図式的に示す（図面の混乱を避けるために、各基準フレームに対するそれぞれの第３の相互に直交する軸は示されていない）。左側の一対の矢印は、第１の位置におけるケーブル懸架式プラットフォーム１６の基準フレームＡを表し、その一方で、右側の一対の矢印は、第２の位置におけるケーブル懸架式プラットフォーム１６の基準フレームＢを表す。基準フレームＡに対する基準フレームＢの位置オフセットが、基準フレーム｛Ａ｝に対する基準フレーム｛Ｂ｝を説明する４×４の同次変換行列である変換行列によって、図１７に示される。この状況では、基準フレーム｛Ａ｝に対する基準フレーム｛Ｂ｝の位置及び配向は、前述のケーブル長位置測定プロセスを使用して取得されたデータから決定されうる。
【0098】
ケーブル懸架式プラットフォーム１６が第１の位置にあるときのレーザ範囲メーター１３８から対象物１０２の表面上の第１の点Ｐ１までの距離は、基準フレーム｛Ａ｝の原点から伸びるベクトルＡＰ１の長さによって表される。ケーブル懸架式プラットフォーム１６が第２の位置にあるときのレーザ範囲メーター１３８から対象物１０２の表面上の第２の点Ｐ２までの距離は、基準フレーム｛Ｂ｝の原点から第２の点Ｐ２に伸びるベクトルＢＰ２の長さによって表される。次に、ベクトルＢＰ２に変換行列
を乗じて、基準フレームＡに定義されたベクトルに変換する。得られた結果は、以下である。
ベクトルＡＰ２の大きさ（すなわち、長さ）は、ケーブル懸架式プラットフォーム１６が第１の位置にあったときのレーザ範囲メーター１３８から第２の点Ｐ２までの距離を表す。距離ｄは、これらの２つのベクトル間の差から決定され、その演算は、以下のように表すことができる。
ｄ＝│ＡＰ２－ＡＰ１│
同様に、点Ｐ１と点Ｐ２との間の距離ｄは、２点を結ぶ３次元ベクトルの大きさ（すなわちユークリッドノルム）である。これは、測定された点座標（すなわち、ｘ、ｙ及びｚの値）の個々の成分の差の平方和の平方根として計算される。この方程式の一般的な形式は次のとおりである。
得られた距離値は、点Ｐ１及びＰ２を含む対象物１０２の表面部分のカメラ画像と共に、ディスプレイモニタ１５２のスクリーン上に表示される（例えば、重ね合わされるか、又は実質的に重畳される）。オプションで、コンテキストを示すために２つの点の間に線を引くことができる。
ｄ＝│ＡＰ２－ＡＰ１│
同様に、点Ｐ１と点Ｐ２との間の距離ｄは、２点を結ぶ３次元ベクトルの大きさ（すなわちユークリッドノルム）である。これは、測定された点座標（すなわち、ｘ、ｙ及びｚの値）の個々の成分の差の平方和の平方根として計算される。この方程式の一般的な形式は次のとおりである。
【0099】
非破壊検査工程中のケーブル懸架式プラットフォーム１６の移動は、ユーザが特定の種類のタスクを制御するためにケーブル懸架式プラットフォーム１６をより容易にするよう設計された様々な運動制約を受ける可能性がある。「運動制約（ｍｏｔｉｏｎ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ）」という用語には、通常の運動学的定義が与えられるべきである。一般に、運動制約は、物体の運動から一又は複数の自由度（ＤｏＦ）を取り除く。例えば、自由空間内の単一の剛体物体は自由度６（すなわち、ｘ、ｙ、ｚ、ロール、ピッチ及びヨー）を有するが、その剛体物体が、例えばそれをテーブル上に置くことによって（重力のある場所で）制約されると、自由度数は、３に減らされる（すなわちｘ、ｙ、及びヨー）。この例では、テーブルの平面には、システムから自由度３を取り除く運動制約が導入される。別の例では、６－ＤｏＦの物体と別の固定位置の物体との間に回転（外旋）ジョイントが取り付けられている場合、回転ジョイントは、システムから自由度５を取り除くことによって、物体の動きを自由度１（すなわち、回転ジョイントの軸周囲での回転）に制約する。これらの例は、物理的な運動制約であるが、制御された運動から一又は複数の自由度を取り除くために、運動制約をソフトウェアに適用することもできる。
【0100】
標準的工程において自由空間で６つの自由度を制御できる、ケーブル懸架式プラットフォームとそのオペレータを含むシステムについて、ケーブル懸架式プラットフォームの自由度のうちの一又は複数が、オペレータに直接制御できないように、距離測定情報が、ケーブル懸架式プラットフォームの運動を制約するために使用される。例えば、（レーザ範囲メーターからのリアルタイム測定データを使用して）対象物までの距離に運動制約が適用されると、システムはケーブル懸架式プラットフォームを特定された距離で維持しようとするだろう。これは、低レベルコントローラがなおも６の自由度を制御できないことを意味しているのではない。そうではなく、オペレータの観点から見ると、それらが直接制御していない１つ（又は複数）の軸が存在することを意味する。突風がケーブル懸架式プラットフォームを運動制約の方向に押し込もうとすると、低レベルコントローラは、運動制御を提供し、ユーザの入力を必要とせずにこれを補償することになる。これは、対象物から特定のオフセットを維持することが望ましい状況で有用である。また、仮想境界を提供する際に、又は衝突回避に役立つ。
【0101】
測定データがいったん取得されると、測定データをユーザに表示するか、又は輸送体制御に使用できる運動制約を提供するなどの追加機能に使用することができる。この延長により、センサからのデータ及び誘導された測定データのフィードバックに基づいて、ケーブル懸架式プラットフォーム１６の運動制御能力が可能になる。これにより、システムの半自動制御、より直観的な手動制御が可能になる。
【0102】
レーザポインタを使用する実施形態について、制御システムに加えられることができる唯一の種類の運動制約は、これらの実施形態が配向を測定しないため、位置に関連するものである。２つ以上のレーザ範囲メーターを有する実施形態は、距離を決定することに加えて、ケーブル懸架式プラットフォーム１６の対象物１０２に対する配向を測定する能力を有する。これにより、複数のレーザ範囲メーターを備えた実施形態は、対象物１０２に対するケーブル懸架式プラットフォーム１６の位置及び配向の両方を制御することができる。
【0103】
図１８は、一実施形態によるプラットフォーム８８に搭載した機器によって取得された測定データに基づいて、プラットフォーム８８の運動を制御するためのフィードバック制御プロセス８０のステップを特定するブロック図である。最初に、ユーザ又はエージェントは、プラットフォーム８８の目標距離及び配向に関する命令を入力し（ステップ８２）、その入力は加算接合部８４によって受け取られる。加算接合部８４はまた、距離及び配向を計算するように構成された距離及び配向計算ソフトウェアモジュールから距離及び配向データを受け取る（ステップ９４）。加算接合部８４は、命令された距離から計算された距離を減算し、命令された配向から計算された配向を減算する。結果として生じる偏差は、偏差を低減するように計算された制御信号を計算するように構成された制御信号計算ソフトウェアモジュールに出力される（ステップ８６）。加算接合部８４からの出力に基づいて、制御信号計算ソフトウェアモジュールは、制御信号を運動アクチュエータ９０（例えば、モータコントローラ１１４）に出力する。プラットフォーム８８の移動中、センサは、センサデータを取得し（ステップ９２）、センサデータを使用して距離及び配向を計算する（ステップ９４）。
【0104】
いくつかの実施形態によれば、コンピュータシステム１６２は、搭載された位置合わせ方法を使用して、対象物１０２に対するビデオカメラ１３０の相対位置（位置及び配向）オフセットを決定する。このプロセスは、３つのレーザ範囲メーター１３８からの距離情報を使用して、リアルタイムで相対位置を計算する。次いで、コンピュータシステム１６２は、そのデータを使用して、パンチルト機構１２０の所望のフィードバックに基づく運動を生成する。
【0105】
このプロセスにより可能になる制御の１つの形態は、その焦点軸が常に対象物１０２の表面に対して垂直であることを確認するための、又はそれが常に表面から特定の距離であることを確認するためのビデオカメラ１３０の配向といった、位置合わせのある態様においてオペレータを補助する半自動制御である。
【0106】
より具体的には、コンピュータシステム１６２は、レーザ範囲メーター１３８から受信した距離情報に基づいて、ビデオカメラ１３０の焦点軸を対象物１０２の表面に垂直なベクトルと位置合わせするためにどのような動きが必要であるかを決定するように構成される。コンピュータシステム１６２は、選択されたモータコントローラ１６８に命令信号を送り、必要に応じてパンモータ１２２及びチルトモータ１２４を起動して、その焦点軸が表面法線と位置合わせされるようにビデオカメラ１３０を配向する。
【0107】
３つのレーザ範囲メーター１３８を使用して対象物１０２までの距離を決定することに加えて、これらはまた、ヨー及びピッチの配向角（以下、「ヨー角」及び「ピッチ角」）を決定するためにも使用される。説明を目的として、３つのレーザ範囲メーター１３８が二等辺三角形の頂点に配置され、二等辺三角形の底辺の頂点に配置された２つのレーザ範囲メーターを分離する距離をａ、第３のレーザ範囲メーターと二等辺三角形の底辺の中点とを分離する距離（即ち、二等辺三角形の高さ）をｂと仮定する。ｄ１、ｄ２、及びｄ３は、対象物の表面に対するそれぞれのレーザ範囲メーターのそれぞれの測定距離であると仮定する。ピッチ角及びヨー角を計算するために、方程式（２）及び（３）を使用することができる。
ＰｉｔｃｈＡｎｇｌｅ＝ａｔａｎ２（ｄ１－（ｄ２＋ｄ３）／２，ｂ）
（２）
ＹａｗＡｎｇｌｅ＝ａｔａｎ２（ｄ２－ｄ３，ａ） （３）
ＰｉｔｃｈＡｎｇｌｅ及びＹａｗＡｎｇｌｅは、対象物１０２の表面に対する現在の計算された配向角であり、ａｔａｎ２は、２つの引数の逆正接逆三角関数
である。これらの角度の目標は、現在の位置での表面法線に対して測定され、ゼロに等しくなければならず、目標角度を実現するプロセスが以下に説明される。
ＰｉｔｃｈＡｎｇｌｅ＝ａｔａｎ２（ｄ１－（ｄ２＋ｄ３）／２，ｂ）
（２）
ＹａｗＡｎｇｌｅ＝ａｔａｎ２（ｄ２－ｄ３，ａ） （３）
ＰｉｔｃｈＡｎｇｌｅ及びＹａｗＡｎｇｌｅは、対象物１０２の表面に対する現在の計算された配向角であり、ａｔａｎ２は、２つの引数の逆正接逆三角関数
である。これらの角度の目標は、現在の位置での表面法線に対して測定され、ゼロに等しくなければならず、目標角度を実現するプロセスが以下に説明される。
【0108】
現在のヨー角及びピッチ角を計算すると、システム運動コントローラは、制御された運動、パン、チルト、及び距離のための速度制御方法を使用することができる。比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラなどのフィードバックコントローラを使用して、現在の角度と所望の角度との間の誤差をゼロにすることができる。ピッチ及びヨー運動制御を計算するために、方程式（４）及び（５）を使用することができる。
ＰｉｔｃｈＲａｔｅ＝Ｋｐｐｉｔｃｈ＊（ＰｉｔｃｈＡｎｇｌｅ－ＰｉｔｃｈＡｎｇｌｅｇｏａｌ） （４）
ＹａｗＲａｔｅ＝Ｋｐｙａｗ＊（ＹａｗＡｎｇｌｅ－ＹａｗＡｎｇｌｅｇｏａｌ）
（５）
ＰｉｔｃｈＲａｔｅ及びＹａｗＲａｔｅは、それぞれ、位置合わせ装置のピッチ軸及びベースのヨー軸周囲の角回転速度を表す。Ｋｐｐｉｔｃｈ及びＫｐｙａｗは、ピッチ軸及びヨー軸にそれぞれ関連する比例フィードバックゲインである。ＰｉｔｃｈＡｎｇｌｅとＹａｗＡｎｇｌｅは、それぞれ、方程式（２）、（３）から計算された角度である。ＰｉｔｃｈＡｎｇｌｅｇｏａｌとＹａｗＡｎｇｌｅｇｏａｌは、コントローラがシステムを駆動する所望の目的角である（前述のとおり、これらは、この例では両方ともゼロである）。積分及び微分フィードバックも使用されうるが、ここには示されていない。
ＰｉｔｃｈＲａｔｅ＝Ｋｐｐｉｔｃｈ＊（ＰｉｔｃｈＡｎｇｌｅ－ＰｉｔｃｈＡｎｇｌｅｇｏａｌ） （４）
ＹａｗＲａｔｅ＝Ｋｐｙａｗ＊（ＹａｗＡｎｇｌｅ－ＹａｗＡｎｇｌｅｇｏａｌ）
（５）
ＰｉｔｃｈＲａｔｅ及びＹａｗＲａｔｅは、それぞれ、位置合わせ装置のピッチ軸及びベースのヨー軸周囲の角回転速度を表す。Ｋｐｐｉｔｃｈ及びＫｐｙａｗは、ピッチ軸及びヨー軸にそれぞれ関連する比例フィードバックゲインである。ＰｉｔｃｈＡｎｇｌｅとＹａｗＡｎｇｌｅは、それぞれ、方程式（２）、（３）から計算された角度である。ＰｉｔｃｈＡｎｇｌｅｇｏａｌとＹａｗＡｎｇｌｅｇｏａｌは、コントローラがシステムを駆動する所望の目的角である（前述のとおり、これらは、この例では両方ともゼロである）。積分及び微分フィードバックも使用されうるが、ここには示されていない。
【0109】
図３、図６、図８、図１２、及び図１５に部分的に示された様々な実施形態は、図１に示された例示的なケーブル懸架式システムとは異なるケーブル懸架式システムと関連して使用されうる。例えば、図１９は、代替的実施形態による、カメラ付きケーブル懸架式プラットフォーム１８を使用して、対象物１０２を検査し測定するためのシステムを示す。
【0110】
図１９に示す測定システムによれば、ケーブル懸架式プラットフォーム１８は、それぞれのアンカー点１０ａ及び１０ｂに取り付けられた端部を有する固定長ケーブル２８から懸架されている。この場合、ケーブル懸架式プラットフォーム１８は、剛性支持構造体４ｂを含む。一実施形態によれば、剛性の支持構造体４ｂは、トロリー３２に固定して結合され、それに従属する機器支持部材３６を含む。トロリー３２は、固定長ケーブル２８上を固定長ケーブル２８に沿って転動する一対のローラ３４ａ及び３４ｂを備える。ケーブル６ａ及び６ｂの端部は、トロリー３２に取り付けられる。ケーブル６ａ及び６ｂは、それぞれのモータ駆動スプール８ａ及び８ｄにより繰り出され又は引き込まれ、ケーブルの繰り出し部分がプーリ１２ａ及び１２ｂそれぞれの上を通過する。プーリ１２ａ及び１２ｂは、各アンカー点１０ａ及び１０ｂに堅固に結合されたそれぞれのヨーク１４ａ及び１４ｂに回転可能に順次結合される。アンカー点１０ａ及び１０ｂは、屋内用途のために壁又は天井に取り付けられてもよく、又は屋外用途のためにポール又はクレーンに取り付けられてもよい。スプール８ａ及び８ｂの位置並びにケーブル６ａ及び６ｂの繰り出された部分の長さが分かっている限り、トロリー３２の移動を制御するコンピュータシステム（図１９には図示せず）は、 アンカー点の基準フレームにおけるトロリー３２の中心の位置を追跡するように構成することができる。
【0111】
図１９に示すシステムによれば、ケーブル懸架式プラットフォーム１８は、機器支持部材３６の底端に取り付けられたローカル測位システム３８を更に備える。ローカル測位システム３８は、前述のように、機器支持部材３６の底端部に取り付けられたパンチルト機構１２０と、パンチルト機構１２０に取り付けられたカメラ２０と、レーザ範囲メーター１３８とを含む。無線トランシーバ及び搭載アンテナ（図１９には図示せず）は、前述のように制御ステーション１５０に類似の制御ステーションと双方向の無線電磁波通信を可能にする。代わりに、通信は、ワイヤを介したものとすることができるだろう。スプール８ａ及び８ｂのスプールの回転は、先に図２Ｂに示し、かつ図２Ｂを参照して説明した方法で制御されうる。例えば、トロリー３２の中心の正確な位置は、各スプール８ａ及び８ｂに関連付けられているそれぞれの回転エンコーダによって出力されたパルスをカウントすることによって、ケーブル６ａ及び６ｂの繰り出された部分のそれぞれの長さを計算するように、ウインチユニット制御コンピュータ１１２を構成することによって、追跡することができる。
【0112】
代替的一実施形態によれば、プラットフォームを支持するために４つのケーブルの代わりに３つのケーブルを使用する、図１に示すシステムに類似の測定システムを提供することができる。別の代替的実施形態によれば、図１９に示すシステムに類似の測定システムを提供することができ、このシステムでは、固定長ケーブル２８が排除され、プラットフォームがケーブル６ａ及び６ｂのみによって支持される。
【0113】
更に、本開示は、以下の条項による実施例を含む。
【0114】
条項１． 機器支持部材、機器支持部材に取り付けられたパンチルト機構、パンチルト機構に取り付けられたカメラ、及びカメラに固定されたレーザ範囲メーターを含むケーブル懸架式プラットフォームを使用して、基準フレーム内の対象物の上の対象となる点の位置を計算するための方法であって、（ａ）機器支持部材に結合され、複数のアンカー点のそれぞれのアンカー点で支持された複数のケーブルからケーブル懸架式プラットフォームを懸架すること、（ｂ）パンチルト機構を基準フレームに対して較正すること、（ｃ）カメラが対象物の範囲内にあるように、機器支持部材を移動させるように複数のケーブルの繰り出された部分の長さを制御すること、（ｄ）複数のケーブルの繰り出し部分の長さの一部に基づいて、各アンカー点から機器支持部材の中心点のそれぞれの距離を測定すること、（ｅ）パンチルト機構を制御して、レーザ範囲メーターを対象物上の対象となる点に向けること、（ｆ）レーザ範囲メーターが対象となる点を目標としている間にパンチルト機構のパン角及びチルト角を測定すること、（ｇ）レーザ範囲メーターと対象となる点とを分離する距離を測定すること、及び（ｈ）距離及び角度の測定値を基準フレーム内の対象となる点の位置を表す直交座標ベクトルに変換すること
を含む方法。
を含む方法。
【0115】
条項２． 基準フレームが、対象物の基準フレームであり、ステップ（ｂ）が、機器支持部材が静止している間にレーザ範囲メーターを異なる時間に対象物上の３つ以上の較正点に向けることと、パンチルト機構の基準フレームから対象物の基準フレームへの変換を表す較正行列を計算することとを含む、条項１に記載の方法。
【0116】
条項３． ステップ（ｂ）が、レーザ範囲メーターが各較正点を目標としている間にパンチルト機構のパン角及びチルト角を測定することと、レーザ範囲メーターが各較正点を目標としている間、レーザ範囲メーターと各較正点とを分離する距離を測定することとを更に含む、条項２に記載の方法。
【0117】
条項４． 基準フレームが、複数のケーブルのそれぞれのケーブルを支持する複数のアンカー点の複数の少なくとも３つの非線形アンカー点の基準フレームであり、ステップ（ｂ）が、機器支持部材が静止している間、レーザ範囲メーターを、異なる時間に複数のアンカー点の３つ以上のアンカー点に向けることと、パンチルト機構の基準フレームから複数のアンカー点の基準フレームへの変換を表す較正行列を計算することとを含む、条項１に記載の方法。
【0118】
条項５． ステップ（ｂ）が、レーザ範囲メーターが各アンカー点を目標としている間にパンチルト機構のパン角及びチルト角を測定することと、レーザ範囲メーターが各アンカー点を目標としている間、レーザ範囲メーターと各アンカー点とを分離する距離を測定することとを更に含む、条項４に記載の方法。
【0119】
条項６． 構造体を検査及び測定するための方法であって、（ａ）構造体の近傍のケーブルからにケーブル懸架式プラットフォームを懸架すること、（ｂ）構造体に向かって移動するようにケーブル懸架式プラットフォームを制御すること、（ｃ）ケーブル懸架式プラットフォームが移動している間、構造体の表面上の第１及び第２のスポットそれぞれから第１及び第２のレーザ範囲メーターをそれぞれ分離する第１及び第２の距離を繰り返し測定するために、ケーブル懸架式プラットフォームに搭載された第１及び第２のレーザ範囲メーターを使用すること、（ｄ）少なくとも第１及び第２の距離に基づいて、ケーブル懸架式プラットフォームを構造体から分離する第１の分離距離を計算すること、（ｅ）第１の分離距離が目標オフセットに等しいかどうかを判定すること、（ｆ）分離距離が目標オフセットに等しいというステップ（ｅ）の決定に応じて、構造体から第１の分離距離だけ分離した第１の位置に留まるように、ケーブル懸架式プラットフォームを制御すること、（ｇ）ケーブル懸架式プラットフォームが第１の位置にある間、構造体の第１の画像を取り込むために、ケーブル懸架式プラットフォームに搭載されたカメラを使用すること、並びに（ｈ）第１の画像をディスプレイスクリーンに表示すること
を含む方法。
を含む方法。
【0120】
条項７． 第１及び第２の距離が目標オフセットに等しく、分離距離及びカメラの視野に少なくとも部分的に基づいて、ディスプレイスクリーンに表示されると、第１の画像のスケールファクタを計算することと、ディスプレイスクリーンに表示された第１の画像に重畳されたスケールインジケータを表示することを更に含み、スケールインジケータの値及び長さがスケールファクタを表す、条項６に記載の方法。
【0121】
条項８． ケーブル懸架式プラットフォームから第１の画像を表す画像データを含むメッセージを送信することと、制御ステーションでメッセージを受信することと、メッセージから第１の画像を表す画像データを抽出することとを更に含み、ディスプレイスクリーン上に第１の画像を表示することが、画像データにしたがってディスプレイスクリーンのピクセルの状態を制御することを含む、条項６に記載の方法。
【0122】
条項９． 分離距離を維持しながら第２の位置に移動するように、ケーブル懸架式プラットフォームを制御することと、ケーブル懸架式プラットフォームが第２の位置にある間、構造体の第２の画像を取り込むために、カメラを使用することと、第２の画像をディスプレイスクリーンに表示することとを更に含む、条項６に記載の方法。
【0123】
条項１０． 第１の画像及び第２の画像がそれぞれ、構造体の表面上の部分的に重畳する領域又は連続する領域を表す第１及び第２の組の画像データを含む、条項９に記載の方法。
【0124】
条項１１． 第１及び第２の距離に基づいて、構造体の表面上の第１及び第２のスポットを結ぶ線に対するカメラの焦点軸の配向角度を計算することと、分離距離及び配向角度に少なくとも部分的に基づいて、ディスプレイスクリーンに表示されると、第１の画像のスケールファクタを計算することと、第１の画像上に重畳されたスケールインジケータを表示することとを更に含み、スケールインジケータの値又は長さがスケールファクタを表す、条項６に記載の方法。
【0125】
条項１２． ケーブル懸架式プラットフォームが移動している間、第３のレーザ範囲メーターを構造体の表面上の第３のスポットから分離する第３の距離を繰り返し測定するために、ケーブル懸架式プラットフォームに搭載された第３のレーザ範囲メーターを使用することを更に含み、分離距離が、第１、第２及び第３の距離に基づいて計算される、条項６に記載の方法。
【0126】
条項１３． 第１、第２及び第３の距離に基づいて、構造体の表面上の第１、第２及び第３のスポットによって画定される平面に対するカメラの焦点軸の第１及び第２の配向角度を計算することと、分離距離並びに第１及び第２の配向角度に基づいて、ディスプレイスクリーンに表示されると、第１の画像のスケールファクタを計算することと、第１の画像上に重畳されたスケールインジケータを表示することとを更に含み、スケールインジケータの値又は長さがスケールファクタを表す、条項１２に記載の方法。
【0127】
条項１４． ケーブル懸架式プラットフォームが第１の位置から第２の位置に移動した後に、目標オフセットからの分離距離の偏差を検出することと、分離距離が目標オフセットに等しい第３の位置に移動するようにケーブル懸架式プラットフォームを制御し、それによって、偏差をゼロに減少させることと更に含む、条項６に記載の方法。
【0128】
条項１５． 第１、第２、及び第３の距離に基づいて構造体の表面に対するカメラの焦点軸の配向角度を計算することと、ケーブル懸架式プラットフォームが第１の位置にある間、所望の配向角度からの配向角度のずれを検出することと、配向角度が所望の配向角度に等しくなるように、カメラの配向を制御することとを更に含む、条項１４に記載の方法。
【0129】
条項１６． 構造体を検査及び測定するための方法であって、（ａ）構造体の近傍のケーブルからケーブル懸架式プラットフォームを懸架すること、（ｂ）構造体から分離した位置に移動し、その後そこに留まるようにケーブル懸架式プラットフォームを制御すること、（ｃ）ケーブル懸架式プラットフォーム上に旋回可能に搭載された第１及び第２のレーザポインタを構造体の表面に向けて平行に方向付けることであって、第１及び第２のレーザポインタのそれぞれの旋回軸が、固定された距離によって分離されている、方向付けること、（ｄ）ケーブル懸架式プラットフォームがある位置にある間、第１及び第２のスポット上に互いに平行なレーザビームをそれぞれ送信するために、相互に平行な第１及び第２のレーザポインタを使用すること、（ｅ）第１及び第２のスポットを含む構造体の表面の一部分の第１の画像を取り込むために、ケーブル懸架式プラットフォームに搭載されたカメラを初めて使用すること、（ｆ）第１及び第２のレーザポインタがもはや平行でないように、ケーブル懸架式プラットフォームが所定位置にある間、第１及び第２のレーザポインタを所定の角度だけ旋回させること、（ｇ）ケーブル懸架式プラットフォームが所定位置にある間、平行でないレーザビームを構造体の表面上の第３及び第４のスポットそれぞれ送信するために、旋回した第１及び第２のレーザポインタを使用すること、（ｈ）第３及び第４のスポットを含む構造体の表面の部分の第２の画像を取り込むために、カメラを２回目に使用すること、並びに（ｉ）画像内の第３及び第４のスポットの位置に基づいて、ケーブル懸架式プラットフォームを構造体から分離する第１の分離距離を計算するために、第１及び第２の画像を処理することであって、所定の角度及び固定された距離がレーザポインタの旋回軸を分離する、処理することを含む方法。
【0130】
条項１７． ステップ（ｉ）が、第３及び第４のスポットのそれぞれの中心を分離する第２の分離距離を計算することを更に含み、方法は、第２の分離距離に基づいてディスプレイスクリーンに表示されると、第１及び第２の画像のスケールファクタを計算することを更に含む、条項１６に記載の方法。
【0131】
条項１８． （ｊ）ケーブル懸架式プラットフォームから第１及び第２の画像を表す画像データを含むメッセージを送信すること、（ｋ）制御ステーションでメッセージを受信すること、並びに（ｌ）メッセージから第１の画像を表す画像データを抽出することを更に含み、ステップ（ｌ）が制御ステーションで実行される、条項１７に記載の方法。
【0132】
条項１９． 構造体の表面の一部の第３の画像を取り込むためにカメラを使用すること、並びに第３の画像上に重畳されたスケールインジケータをディスプレイスクリーンに表示することとを更に含み、スケールインジケータの値又は長さがスケールファクタを表す、条項１７に記載の方法。
【0133】
条項２０． カメラとレーザ範囲メーターを支持するパンチルト機構を含むケーブル懸架式プラットフォームを使用して構造体の特徴をサイジングする方法であって、（ａ）複数のアンカー点のそれぞれのアンカー点で支持された複数のケーブルからケーブル懸架式プラットフォームを懸架すること、（ｂ）ケーブル懸架式プラットフォームを第１の位置に移動させるように、複数のケーブルの繰り出された部分の長さを制御すること、（ｃ）ケーブル懸架式プラットフォームが第１の位置にあるときに、複数のケーブルの繰り出し部分の長さに部分的に基づいて、それぞれのアンカー点からケーブル懸架式プラットフォームの中心点のそれぞれの距離を測定すること、（ｄ）ケーブル懸架式プラットフォームが第１の位置にある間、構造体の表面上の第１の可視特長に対応する第１の点にレーザ範囲メーターを向け、第１の距離測定値を取得すること、（ｅ）レーザ範囲メーターが第１の点に向けられると、レーザ範囲メーターのそれぞれのパン角及びチルト角を測定するために、パンチルト機構を使用すること、（ｆ）ステップ（ｄ）及び（ｅ）で取得された距離及び角度測定値を、ケーブル懸架式プラットフォームの基準フレーム内の第１の点の位置を表す第１のベクトルに変換すること、（ｇ）ケーブル懸架式プラットフォームを第１の位置から第２の位置に移動させるように、複数のケーブルの繰り出される部分の長さを制御すること、（ｈ）ケーブル懸架式プラットフォームが第２の位置にあるときに、複数のケーブルの繰り出された部分の長さに部分的に基づいて、ケーブル懸架式プラットフォームの中心点のそれぞれのアンカー点からのそれぞれの距離を測定すること、（ｉ）ケーブル懸架式プラットフォームが第２の位置にある間、構造体の表面上の第２の可視特長に対応する第２の点にレーザ範囲メーターを向けること、並びに第２の距離測定値を取得すること、（ｊ）レーザ距離メーターが第２の点に向けられると、レーザ範囲メーターのそれぞれのパン角及びチルト角を測定するために、パンチルト機構を使用すること、（ｋ）ステップ（ｉ）及び（ｊ）で取得された距離及び角度測定値を、ケーブル懸架式プラットフォームの基準フレームにおける第２の点の位置を表す第２のベクトルに変換すること、（ｌ）ステップ（ｃ）及びステップ（ｈ）で取得された情報に基づいて、ケーブル懸架式プラットフォームの第１及び第２の位置の間の位置差及び配向差を表す変換行列を生成すること、（ｍ） 第１の位置におけるケーブル懸架式プラットフォームの基準フレーム内の第２の点の位置を表す第３のベクトルを形成するために、第２のベクトルに変換行列を乗算すること、並びに（ｎ）第１及び第３のベクトルを用いて第１の点と第２の点との間の距離（ｄ）を計算することを含む方法。
【0134】
条項２１． （ｏ）ケーブル懸架式プラットフォームからの測定データを含む一又は複数のメッセージを送信すること、（ｐ）制御局で一又は複数のメッセージを受信すること、及び（ｑ）メッセージから測定データを抽出することを更に含み、ステップ（ｆ）及び（ｋ）から（ｎ）は、制御ステーションでコンピュータシステムによって実行される、条項２０に記載の方法。
【0135】
条項２２． ケーブル懸架式プラットフォームが第１の位置にある間、第１及び第２の可視特長を含む構造体の表面の一部の画像を取り込むために、カメラを使用すること、並びに制御ステーションでディスプレイスクリーン上の画像に重畳された、ステップ（ｎ）で計算された距離の値を表す画像及び記号を表示することを更に含む、条項２１に記載の方法。
【0136】
条項２３． 第１及び第２の可視特長は、構造体内の異常のそれぞれの終点である、条項２０に記載の方法。
【0137】
条項２４． 構造体を検査及び測定するためのシステムであって：少なくとも２つのアンカー点と、それぞれのアンカー点によって支持されている少なくとも２つのプーリと；少なくとも２つのスプールと、それぞれのスプールを回転駆動するために各々が動作可能に連結された少なくとも２つのスプールモータと；それぞれのスプールの漸進的角移動を検出するように各々が動作可能に連結されている少なくとも２つの回転エンコーダと；剛性支持構造体、剛性支持構造体に取り付けられたパンチルト機構、パンチルト機構に取り付けられたカメラ、及びカメラに取り付けられたレーザ範囲メーターを含むプラットフォームと；それぞれのスプール周囲に巻き付けられた第１の部分と、それぞれのプーリに接触している第２の部分とを各々が有している、剛性支持構造体に結合された少なくとも２つのケーブルと；パンチルト機構及びスプールモータの動作を制御し、カメラ及びレーザ範囲メーターを選択的に起動するように構成されたコンピュータシステムと；コンピュータシステムと制御ステーションとの間の通信を可能にするように構成されたトランシーバとを含み、コンピュータシステムが、カメラからの画像データ、パンチルト機構からのパン及びチルト角データ、レーザ範囲メーターからの距離データ、及び回転エンコーダからの回転データを受信し；構造体に対するプラットフォームの第１の位置を決定し；プラットフォームを第１の位置から第２の位置に移動させ、カメラが目標オフセットによって構造体の表面から分離されるように、スプールモータを制御する命令を送信するよう更に構成される、システム。
【0138】
条項２５． 剛性支持構造体が、機器支持部材と、機器支持部材に取り付けられた又は一体的に形成されたケーブル取り付けリングとを含み、ケーブル取り付けリングに取り付けられたケーブルの数が少なくとも３つである、条項２４に記載のシステム。
【0139】
条項２６． 剛性支持構造体が、機器支持部材と、機器支持部材に取り付けられた又は機器支持部材と一体的に形成されたトロリーとを含み、トロリーに取り付けられたケーブルの数が２つであり、アンカー点の数が２つであり、２つのアンカー点を結合する第３のケーブルを更に備え、トロリーは、第３のケーブル上を転動する第１及び第２のローラを含む、条項２４に記載のシステム。
【0140】
構造体の非破壊検査中にケーブル懸架式プラットフォームの動作を制御する方法が、様々な実施形態を参照して説明されてきたが、当業者であれば、本明細書の教示の範囲から逸脱することなく、様々な変更がなされ、その要素に対して均等物が代用されうると理解することになろう。加えて、その範囲から逸脱することなく、多数の修正を行い、本明細書の教示を特定の状況に適合させることができよう。したがって、特許請求の範囲は、本明細書に開示された特定の実施形態に限定されないと意図される。
【0141】
先ほど開示された実施形態は、一又は複数のコンピュータシステムを使用する。特許請求の範囲で使用されているように、「コンピュータシステム」という用語は、有線又は無線接続を介して通信する単一の処理若しくは計算デバイス又は複数の処理若しくは計算デバイスを含む。そのような処理装置若しくは計算デバイスは、典型的には、プロセッサ、コントローラ、中央処理装置、マイクロコントローラ、縮小命令セットコンピュータプロセッサ、特定用途向け集積回路、プログラマブルロジック回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ、デジタル信号プロセッサ、及び／又は本明細書に記載の機能を実行することができる任意の他の回路若しくは処理デバイスのうちの一又は複数を含む。上記の例は単なる例示であり、決して「コンピュータシステム」という用語の定義及び／又は意味を限定するものではない。
【0142】
本明細書に記載の方法は、記憶デバイス及び／又はメモリデバイスを含むが、これらに限定されない、非一過性の有形のコンピュータ可読記憶媒体で実施される実行可能命令として符号化されうる。このような命令は、処理又は計算システムによって実行されると、システムデバイスに、本明細書に記載された方法の少なくとも一部を実行させる。
【0143】
特許請求の範囲で使用されるように、「位置」という用語は、３次元座標系における位置及びその座標系に対する配向を含む。
【0144】
以下に記載されるプロセスの請求項は、請求項に列挙されたステップは、アルファベット順に（請求項の中の任意のアルファベットの順番は、前に列挙されたステップを参照する目的のためだけに使用される）、又はそれらのステップの一部又はすべてが実行される特定の順番を示す条件を請求項の文言が明示的に特定又は記載しない限り、それらが列挙される順に実行する必要があると解釈すべきではない。また、特許請求の範囲の文言がそのような解釈を排除する条件を明示的に述べていない限り、２つ以上のステップの任意の部分を同時に又は交互に実行することを排除すると解釈されるべきではない。
【0145】
付録
図２０は、機器座標系｛Ａ｝の原点から、実質的に機器の照準軸に沿って、対象となる点Ｐまで延びる位置ベクトルＡＰを示し、かつ対象物座標系｛Ｂ｝の原点から対象となる点Ｐまで延びる位置ベクトルＢＰを示す。
図２０は、機器座標系｛Ａ｝の原点から、実質的に機器の照準軸に沿って、対象となる点Ｐまで延びる位置ベクトルＡＰを示し、かつ対象物座標系｛Ｂ｝の原点から対象となる点Ｐまで延びる位置ベクトルＢＰを示す。
【0146】
図２０を参照すると、機器座標系６２２の点Ｐの座標がパンの球座標（即ち、点Ｐに対するベクトルＡＰの図１３のパン角６３４）、チルト（点Ｐに対するベクトルＡＰの図２０のチルト角６３６）、及び範囲（図２０のベクトルＡＰに沿った点Ｐまでの距離）であるとき、機器座標系６２２における球座標として表される点Ｐの位置は、機器６１８の順運動学に関する以下の式から、機器座標系６２２におけるＸ、Ｙ、Ｚ直交座標における点Ｐの位置に関連する。
Ｘ＝Ｒａｎｇｅ＊ｃｏｓ（ｐａｎ）＊ｃｏｓ（ｔｉｌｔ）
Ｙ＝Ｒａｎｇｅ＊ｓｉｎ（ｐａｎ）＊ｃｏｓ（ｔｉｌｔ）
Ｚ＝Ｒａｎｇｅ＊ｓｉｎ（ｔｉｌｔ）
パン（方位角）は、Ｚ軸周囲の回転であり、チルト（仰角）は、機器座標系６２２のＹ軸周囲の回転である。
Ｘ＝Ｒａｎｇｅ＊ｃｏｓ（ｐａｎ）＊ｃｏｓ（ｔｉｌｔ）
Ｙ＝Ｒａｎｇｅ＊ｓｉｎ（ｐａｎ）＊ｃｏｓ（ｔｉｌｔ）
Ｚ＝Ｒａｎｇｅ＊ｓｉｎ（ｔｉｌｔ）
パン（方位角）は、Ｚ軸周囲の回転であり、チルト（仰角）は、機器座標系６２２のＹ軸周囲の回転である。
【0147】
機器座標系６２２における直交座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）として表される点Ｐの位置は、機器６１８の逆運動学に関する以下の式から、機器座標系６２２における球座標（パン、チルト、範囲）として表される点Ｐの位置に関連することに留意されたい。
【0148】
１つの実施態様では、対象物座標系６１６における位置ＢＰ（形式［Ｘ，Ｙ，Ｚ，１］Ｔの列ベクトルとして表される）は、以下の方程式により、機器座標系６２２における位置ＡＰ（また形式［Ｘ，Ｙ，Ｚ，１］Ｔの列ベクトルとして表される）から計算される。
ここでＴは、較正行列である。一実施例では、較正行列は、以下の方程式を有する４×４の同次変換行列である。
機器座標系６２２における位置ＡＰが、以下の方程式により、較正行列の逆行列を使用して、対象物座標系６１６における位置ＢＰから計算できることに留意されたい。
【0149】
一実施例では、３つの較正点は、非共線形であり、較正行列は以下のように計算される。
ここで図２１から図２３を参照すると、
は、点ＰＡ１からＰＡ２まで延びる座標系Ａのベクトルであり、
は、点ＰＡ１からＰＡ３まで延びる座標系Ａのベクトルであり、
は、点ＰＢ１からＰＢ２まで延びる座標系Ａのベクトルであり、
は、点ＰＢ１からＰＢ３まで延びる座標系Ａのベクトルであり、
及び
は、ベクトル交差積から作成された法線であり、
及び
は、回転軸であり、
及び
は、それぞれ、
及び
周囲の回転角度であり、
Ｒ１，Ｒ２，及びＲ１２は、３×３の対称回転行列であり、
ｆ１（ ）は、後述する角度軸の定義から３×３の回転行列を生成する関数であり（当業者には既知であり、例えば、「Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ：Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ」、第３版、Ｊｏｈｎ Ｊ． Ｃｒａｉｇ、２００４年７月、Ｐｒｅｎｔｉｃｅ Ｈａｌｌ Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅに記載されている）、
ｃθ＝ｃｏｓ（θ），ｓθ＝ｓｉｎ（θ），ｖθ＝１-ｃｏｓ（θ），かつ
である。
Ｒ１，Ｒ２，及びＲ１２は、３×３の対称回転行列であり、
ｆ１（ ）は、後述する角度軸の定義から３×３の回転行列を生成する関数であり（当業者には既知であり、例えば、「Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ：Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ」、第３版、Ｊｏｈｎ Ｊ． Ｃｒａｉｇ、２００４年７月、Ｐｒｅｎｔｉｃｅ Ｈａｌｌ Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅに記載されている）、
【0150】
４×４の均質較正行列
が、対象物に対するポインティング機器の任意の位置について１回だけ計算され、任意の数のベクトルを座標系Ａ（機器座標系６２２）から座標系Ｂ（対象物座標系６１６）に変換するために、
を使用することができることに留意されたい。逆較正行列
は、較正行列
の逆数を計算することによって計算することができる、又は前の段落の第１の式のベクトルの順序を切り替えることによって直接的に計算することができることにも留意されたい。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】