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▶ スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニーの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-09-04
(54)【発明の名称】ワーク表面を処理するためのシステム及び方法
(51)【国際特許分類】
B25J 13/08 20060101AFI20240828BHJP
B24B 27/00 20060101ALI20240828BHJP
B05C 9/12 20060101ALI20240828BHJP
G05B 19/4093 20060101ALI20240828BHJP
B05C 9/10 20060101ALI20240828BHJP
【ＦＩ】
B25J13/08 A
B24B27/00 A
B05C9/12
G05B19/4093 D
B25J13/08 Z
B05C9/10
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024503411
(86)(22)【出願日】2022-07-20
(85)【翻訳文提出日】2024-01-18
(86)【国際出願番号】 IB2022056718
(87)【国際公開番号】W WO2023002413
(87)【国際公開日】2023-01-26
(31)【優先権主張番号】63/203,410
(32)【優先日】2021-07-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】505005049
【氏名又は名称】スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー
(74)【代理人】
【識別番号】100130339
【弁理士】
【氏名又は名称】藤井 憲
(74)【代理人】
【識別番号】100135909
【弁理士】
【氏名又は名称】野村 和歌子
(74)【代理人】
【識別番号】100133042
【弁理士】
【氏名又は名称】佃 誠玄
(74)【代理人】
【識別番号】100171701
【弁理士】
【氏名又は名称】浅村 敬一
(72)【発明者】
【氏名】ボディリー，ダニエル エム．
(72)【発明者】
【氏名】ヘムス，ブレット アール．
(72)【発明者】
【氏名】ドン，シン
【テーマコード（参考）】
3C158
3C269
3C707
4F042
【Ｆターム（参考）】
3C158AA02
3C158AA11
3C158AA14
3C158AA16
3C158AC02
3C158BA06
3C158BA07
3C158BB02
3C158BC02
3C158CB03
3C269AB07
3C269AB27
3C269AB33
3C269BB08
3C269BB16
3C269CC07
3C269EF02
3C269EF64
3C269EF71
3C269JJ09
3C269JJ20
3C269MN40
3C269MN47
3C269QC01
3C269QD02
3C269QD05
3C269QD08
3C269RB11
3C707AS12
3C707AS13
3C707AS14
3C707AS23
3C707KS06
3C707KS07
3C707KT00
3C707KT01
3C707LS05
3C707LS15
3C707LT06
3C707LU01
3C707LU06
3C707LV02
3C707LV05
3C707LV06
4F042AA09
4F042BA08
4F042DC02
4F042DH09
(57)【要約】
ワーク表面の領域内の複数のエリアについてのサンプリング情報を受信する表面検査システムを含む、ロボットシステムが提示される。本システムはまた、表面係合ツールに結合されたロボットアームを含み、このロボット補修アームは、表面処理ツールをワーク表面の領域に係合させるように構成される。本システムはまた、サンプリング情報に基づいて、ワーク表面の領域における表面トポグラフィを近似し、軌道を含む、近似された表面トポグラフィに基づいて、その領域のための表面処理計画を生成するように構成される、プロセスマッピングシステムを含む。表面処理計画は、軌道に沿った力プロファイル、軌道に沿った表面係合ツールの速度プロファイル、軌道に沿った表面係合ツールの回転速度プロファイル、及び近似された表面トポグラフィにおいて識別された表面特徴部の存在を考慮した軌道修正のうちの１つを含む。プロセスマッピングシステムはまた、表面処理計画を含む、ロボットアームのための制御信号を生成するように構成される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ロボットシステムであって、ワーク表面の領域内の複数のエリアについてのサンプリング情報を受信する表面検査システムと、
表面係合ツールに結合されたロボットアームであって、前記表面処理ツールを前記ワーク表面の前記領域に係合させるように構成されたロボット補修アームと、
プロセスマッピングシステムと、を備える、ロボットシステムであって、
前記プロセスマッピングシステムが、前記サンプリング情報に基づいて、
前記ワーク表面の前記領域の表面トポグラフィを近似し、
軌道を含む、近似された前記表面トポグラフィに基づいて、前記領域のための表面処理計画であって、
前記軌道に沿った力プロファイル、
前記軌道に沿った前記表面係合ツールの速度プロファイル、
前記軌道に沿った前記表面係合ツールの回転速度プロファイル、及び
近似された前記表面トポグラフィにおいて識別された表面特徴部の存在を考慮した軌道修正のうちの１つを含む、表面処理計画を生成し、
前記表面処理計画を含む、前記ロボットアームのための制御信号を生成するように構成される、ロボットシステム。
【請求項2】
前記表面処理計画が、近似された前記表面トポグラフィにおいて識別された表面特徴部の存在を考慮した軌道修正を含み、前記表面特徴部が、前記領域内に凹面、凸面、又は縁部を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記表面処理計画が、近似された前記表面トポグラフィにおいて識別された表面特徴部の存在を考慮した軌道修正を含み、前記軌道修正が不連続軌道を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項4】
前記変換が、識別された表面特徴部から離れるように前記軌道を移動させる、請求項３に記載のシステム。
【請求項5】
前記軌道が、前記領域を通る一連のウェイポイントを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項6】
前記軌道のテンプレートが、欠陥サイズ、欠陥位置、欠陥タイプ、又は欠陥重症度に基づいて選択される、請求項４に記載のシステム。
【請求項7】
前記表面処理計画が、近似された前記表面トポグラフィにおいて識別された表面特徴部の存在を考慮した軌道修正を含み、前記軌道修正が、前記識別された表面特徴部に基づく、請求項６に記載のシステム。
【請求項8】
前記ロボットアームが、前記制御信号を実行し、前記軌道をたどる、請求項１に記載のシステム。
【請求項9】
ワーク表面上の欠陥の補修計画生成システムであって、前記ワーク表面の表面トポグラフィを受信する表面サンプリング受信器と、
前記ワーク表面上の欠陥の表示を受信する欠陥表示受信器と、
ロボット補修ユニットについてのパラメータ制約を受信するプロセス制約受信器と、
軌道テンプレートを修正する軌道修正器であって、前記表面トポグラフィに基づいて、前記軌道テンプレートを変換軌道に変換する変換器を含む、軌道修正器と、
前記変換軌道に基づいて補修計画を生成し、前記変換軌道に沿ってプロセス条件を設定することを含む補修計画生成器と、を備え、前記補修計画生成器が、
前記ワーク表面へのツールの印加力を設定する力調整器と、
前記ツールが前記ワーク表面を横切って移動する速度を設定する速度調整器と、
前記ツールの回転速度を設定するツール速度調整器と、
生成された前記補修計画をロボットコントローラに通信する制御信号生成器であって、前記ロボットコントローラが、前記補修計画を自動的に実施し、前記補修計画に基づいて欠陥補修を完了する、制御信号生成器と、を備える、補修計画生成システム。
【請求項10】
前記変換器が、前記表面特徴部を二次元平面に投影し、
前記軌道テンプレートを境界にマッピングし、
軌道パラメータを修正することを含めて、マッピングされた前記軌道テンプレートを変換し、
変換された前記軌道を前記表面トポグラフィにマッピングして、前記変換軌道を得る、請求項９に記載のシステム。
【請求項11】
前記ワーク表面が乗物である、請求項９に記載のシステム。
【請求項12】
前記表面サンプリング受信器が、カメラから表面サンプルを受信する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項13】
前記ツールが、サンダー又は研磨ツールである、請求項１１に記載のシステム。
【請求項14】
ワーク表面から材料を除去する方法であって、材料除去のための前記ワーク表面上のターゲットエリアを識別する工程と、
前記ワーク表面上の前記ターゲットエリアの周りの表面をサンプリングする工程と、
前記表面をモデル化し、モデルに基づいて、表面トポグラフィを検出する工程と、
検出された前記表面トポグラフィに基づいて、変換器を使用して、表面処理軌道を修正する工程であって、変換された前記表面処理軌道が、一連のウェイポイントを通る連続曲線を含む、工程と、
前記ウェイポイントのそれぞれにおいて、
印加力と、
速度と、
ツールの回転ツール速度と、
前記ワーク表面に対するツール角度と、を含む、補修計画を生成する工程と、
制御信号をロボット材料除去システムに送信する工程であって、前記制御信号が前記補修計画を含む、工程と、
を含む、方法。
【請求項15】
前記変換器が、前記表面処理軌道を二次元平面に投影し、
前記表面処理軌道を前記表面トポグラフィ内の表面境界にマッピングし、
マッピングされた前記表面処理軌道を変換し、
補間された前記軌道を前記ワーク表面の表面トポグラフィにマッピングして、変換された前記表面処理軌道を取得することによって、前記表面処理軌道を変換する、請求項１４に記載の方法。
【請求項16】
マッピングされた前記表面処理軌道を平滑化すること、を更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項17】
前記表面をモデル化する工程が、複数のサンプリングされた表面位置のそれぞれにおいて前記表面を近似する工程と、
前記サンプリングされた表面位置のそれぞれにおいて前記曲率を近似する工程と、
近似された前記曲率の導関数に基づいて表面特徴部を検出する工程と、を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項18】
前記ターゲットエリアが欠陥を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項19】
表面をサンプリングする工程が、前記表面を撮像するビジョンシステムを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項20】
前記ウェイポイントのそれぞれにおける前記印加力が、前記表面トポグラフィに基づいて力修正器によって修正された修正印加力である、請求項１４に記載の方法。
【請求項21】
前記表面処理軌道を修正する工程が、軌道テンプレートの同相変換を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項22】
修正された前記軌道が不連続軌道を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項23】
ロボット表面処理システムであって、ワーク表面の領域内の複数のエリアについてのサンプリング情報を受信して、前記領域内の表面トポグラフィを近似する表面検査システムと、
表面係合ツールに結合されたロボットアームであって、前記表面処理ツールを前記ワーク表面の前記領域に接触させるように構成されたロボット補修アームと、
プロセスマッピングシステムと、を備えるロボット表面処理システムであって、前記プロセスマッピングシステムが、
前記領域内の表面制約特徴部を識別し、
軌道を含む、識別された前記表面制約特徴部に基づいて、前記領域のための表面処理計画であって、
前記軌道に沿った力プロファイル、
前記軌道に沿った前記表面係合ツールの速度プロファイル、
前記軌道に沿った前記表面係合ツールの回転速度プロファイル、及び
前記表面制約特徴部を考慮した軌道修正のうちの１つを含む、表面処理計画を生成し、
前記表面処理計画を含む、前記ロボットアームのための制御信号を生成するように構成される、ロボット表面処理システム。
【請求項24】
前記表面処理計画が、前記軌道に沿った前記表面係合ツールの迎え角プロファイルを含む、請求項２３に記載のシステム。
【請求項25】
前記表面処理計画が、前記表面制約特徴部を考慮した軌道修正を含み、前記軌道修正が、テンプレート軌道の同相変換を含む、請求項２３に記載のシステム。
【請求項26】
前記変換が、前記表面制約特徴部にわたって前記軌道を伸張させる、請求項２４に記載のシステム。
【請求項27】
前記変換が、前記表面制約特徴部から離れるように前記軌道を移動させる、請求項２４に記載のシステム。
【請求項28】
前記テンプレート軌道が、形状を有する外周を有し、前記変換が、前記形状を変化させる、請求項２４に記載のシステム。
【請求項29】
前記領域が欠陥を含み、前記表面係合ツールが材料除去ツールである、請求項２４に記載のシステム。
【請求項30】
前記表面処理ツールが、サンダー又は研磨ツールである、請求項２９に記載のシステム。
【請求項31】
前記表面検査システムが、カメラを備える、請求項２４に記載のシステム。
【請求項32】
前記プロセスマッピングシステムが、表面制約特徴部を、前記領域内のサンプリングされた前記エリアのそれぞれを近似し、
前記領域内のサンプリングされた前記エリアのそれぞれにおける曲率を近似し、
サンプリングされた前記エリアのそれぞれにおいて近似された前記曲率の導関数を計算し、
前記導関数の計算に基づいて、前記領域内の前記表面制約特徴部を識別することによって、識別する、請求項２３に記載のシステム。
【請求項33】
前記軌道が、前記領域を通る一連のウェイポイントを含む、請求項２４に記載のシステム。
【請求項34】
前記テンプレート軌道が、欠陥サイズ、欠陥位置、欠陥タイプ、又は欠陥重症度に基づいて選択される、請求項２５に記載のシステム。
【請求項35】
前記軌道が、前記識別された表面特徴部に基づいて修正される、請求項３４に記載のシステム。
【請求項36】
前記軌道が、伸張又は圧縮される、請求項３５に記載のシステム。
【請求項37】
前記形状が、円、楕円、ロゼット、螺旋、又は内トロコイドである、請求項３６に記載のシステム。
【請求項38】
前記ロボットアームが、前記制御信号を実行し、前記経路をたどる、請求項２４に記載のシステム。
【請求項39】
識別された前記表面境界が、表面特徴部及び前記表面特徴部からのバッファ空間を含む、請求項２３に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
クリアコート補修は、自動車の相手先商標製品製造（original equipment manufacturing；ＯＥＭ）部門で自動化されるべき、最終作業のうちの１つである。このプロセスのみならず、他の表面処理適用もまた自動化するための技術が所望されており、他の表面処理適用としては、研磨剤の使用並びに／又はロボット検査及び補修の使用に適した、塗装適用（例えば、プライマーサンディング、クリアコート欠陥除去、クリアコート研磨など）、接着剤分注、フィルム包装適用、又は材料除去システムが含まれる。欠陥補修には、自動化に多くの課題が存在する。
【発明の概要】
【0002】
ワーク表面の領域内の複数のエリアについてのサンプリング情報を受信する表面検査システムを含む、ロボットシステムが提示される。本システムはまた、表面係合ツールに結合されたロボットアームを含み、このロボット補修アームは、表面処理ツールをワーク表面の領域に係合させるように構成される。本システムはまた、サンプリング情報に基づいて、ワーク表面の領域における表面トポグラフィを近似し、軌道を含む、近似された表面トポグラフィに基づいて、その領域のための表面処理計画を生成するように構成される、プロセスマッピングシステムを含む。表面処理計画は、軌道に沿った力プロファイル、軌道に沿った表面係合ツールの速度プロファイル、軌道に沿った表面係合ツールの回転速度プロファイル、及び近似された表面トポグラフィにおいて識別された表面特徴部の存在を考慮した軌道修正のうちの１つを含む。プロセスマッピングシステムはまた、表面処理計画を含む、ロボットアームのための制御信号を生成するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【0003】
図面では、必ずしも正確な縮尺では描かれておらず、異なる図において、同様の数字は同様の構成要素を説明し得る。図面は、本文書で論じられる様々な実施形態を、例示的にではあるが、限定することなく、全般的に示す。
【図1】本発明の実施形態が有用である、ロボット表面処理システムの概略図である。
【図2】本発明の実施形態が有用であり得る、ロボット欠陥補修方法を示す。
【図3】本明細書の実施形態が有用であり得る、複数の表面特徴部を有するワーク表面を示す。
【図4】本明細書の実施形態による、ワーク表面を処理する方法を示す。
【図5】本明細書の実施形態による、ワーク表面上の表面特徴部を識別する方法を示す。
【図6A】本明細書の実施形態による、表面上の特徴部検出を示す。
【図6B】本明細書の実施形態による、表面上の特徴部検出を示す。
【図6C】本明細書の実施形態による、表面上の特徴部検出を示す。
【図7A】本明細書の実施形態による、修正軌道を示す。
【図7B】本明細書の実施形態による、修正軌道を示す。
【図7C】本明細書の実施形態による、修正軌道を示す。
【図8A】本明細書の実施形態による、軌道を修正する方法を示す。
【図8B】本明細書の実施形態による、軌道を修正する方法を示す。
【図8C】本明細書の実施形態による、軌道を修正する方法を示す。
【図8D】本明細書の実施形態による、軌道を修正する方法を示す。
【図9A】本明細書の実施形態による、修正軌道を示す。
【図9B】本明細書の実施形態による、修正軌道を示す。
【図9C】本明細書の実施形態による、修正軌道を示す。
【図9D】本明細書の実施形態による、修正軌道を示す。
【図9E】本明細書の実施形態による、修正軌道を示す。
【図10】本明細書の実施形態による、修正表面処理戦略を生成する方法を示す。
【図11】本明細書の実施形態による、プロセスマッピングシステムを示す。
【図12】表面処理戦略生成システムアーキテクチャである。
【図13】先行の図に示す実施形態において使用することが可能な、コンピューティングデバイスの実施例を示す。
【図14】先行の図に示す実施形態において使用することが可能な、コンピューティングデバイスの実施例を示す。
【図15】先行の図に示す実施形態において使用することが可能な、コンピューティングデバイスの実施例を示す。
【図16A】修正軌道についての例示的なパラメータ調整を示す。
【図16B】修正軌道についての例示的なパラメータ調整を示す。
【発明を実施するための形態】
【0004】
撮像技術及び計算システムの近年の進歩は、生産速度でのクリアコート検査のプロセスを実現可能にしている。具体的には、ステレオ偏向計測は、後続の自動スポット補修を可能にするべく、塗装欠陥及びクリアコート欠陥の画像と場所とを、（座標位置情報及び欠陥分類を提供する）空間情報と共に適切な解像度で提供することが可能である点が、近年示されている。ワーク表面の自動撮像が向上するにつれて、ワーク表面を自動的に処理する能力を向上させることも同様に望まれている。例えば、クリアコート補修の場合、ロボット補修システムを使用して、手作業介入を可能な限り少なくして、検出された欠陥を補修することが望ましい。しかしながら、本明細書で説明するように、高度の曲率（平坦面であることから著しく逸脱するもの）を呈するワーク表面は、ロボットシステムを用いて処理することが特に困難である。加えて、所望の補修領域付近に鋭い表面特徴部（急な屈曲部、溝など）が存在すると、自動補修を行うための作業が更に複雑になる可能性がある。人間は、凸状又は凹状の表面特徴部に対処するためにアプローチをどのように変更するかを直感的に知っているが、ロボットシステムでは、表面特徴部について情報を得るとともに、表面特徴部が検出されたときにそれに対応するように事前プログラムされた軌道をどのように調整するかを訓練する必要がある。本明細書のシステム及び方法は、表面処理タスクが、顕著な曲率及び／又は表面特徴部を呈する表面にマッピングされなければならない、任意の表面処理適用において有用であり得る。
【0005】
本明細書で使用する場合、用語「乗物」とは、塗料による塗装又はクリアコートを製造時に少なくとも１回施される、広範囲の移動構造体を包含することを意図している。本明細書における多くの例は自動車に関するものであるが、本明細書において説明される方法及びシステムは、トラック、電車、ボート（モーターの有無にかかわらず）、飛行機、ヘリコプターなどにも適用可能であることが明示的に想到される。更に、乗物は、本明細書の実施形態が特に有用である例として説明されるが、本明細書のいくつかのシステム及び方法は、塗装、接着剤処理、又は木材、プラスチック、塗料などのサンディング若しくは研磨などの材料除去など、他の産業における表面処理に適用され得ることが明示的に想到される。
【0006】
用語「塗装」とは、本明細書では、仕上げプロセスにおいて適用された、車両のｅコート、フィラー、プライマー、塗料、クリアコートなどの、様々な層のいずれをも広範に指すために使用される。更には、用語「塗装補修」とは、いずれかの塗装層上又は塗装層内の、あらゆる視覚的アーチファクト（欠陥）の位置を特定して補修することを含む。いくつかの実施形態では、本明細書で説明されるシステム及び方法は、標的の塗装補修層としてクリアコートを使用する。しかしながら、提示されるシステム及び方法は、殆ど又は全く変更されることなく、任意の特定の塗装層（ｅコート、フィラー、プライマー、塗料、クリアコートなど）に適用される。
【0007】
本明細書で使用するとき、用語「欠陥」とは、視覚的審美性の妨げとなる、ワーク表面上の領域を指す。例えば、多くの車両は、塗装が完了した後、光沢があるか又は金属的な外観となる。「欠陥」は、ワーク表面上の様々な塗装層のうちの１つ以上の内部に閉じ込められた、破片を含み得る。欠陥はまた、塗装内の汚れ、染み又は垂れを含めた余分な塗装、並びに凹みも含み得る。
【0008】
塗装補修は、乗物製造プロセスにおける、最後に残された依然として大部分が手作業であるステップのうちの１つである。歴史的に見て、このことは、十分な自動検査が欠如していることと、補修プロセス自体の自動化が困難であることとの、２つの主要因によるものである。表面に接する人間は、表面の曲率、縁部、その他の特徴部にどのように対応するかを直感的に理解している。ロボット表面処理システムには、訓練が必要である。
【0009】
図１は、本発明の実施形態が有用である、ロボット塗装補修システムの概略図である。システム１００は概して、目視検査システム１１０と、欠陥補修システム１２０との、２つのユニットを含む。双方のシステムは、モーションコントローラ１１２、１２２によってそれぞれ制御することができ、これらのモーションコントローラは、１つ以上のアプリケーションコントローラ１５０から命令を受信することができる。アプリケーションコントローラは、ユーザインタフェース１６０から入力を受信する、又はユーザインタフェース１６０に出力を提供することができる。補修ユニット１２０は、エンドエフェクタ１２６と連携させることが可能な、力制御ユニット１２４を含む。図１に示すように、エンドエフェクタ１２６は、２つの処理ツール１２８を含む。しかしながら、他の配置構成もまた明示的に想到される。
【0010】
乗物塗装補修における現行の最新技術は、（例えば、クリアコートにおける鏡面性に匹敵する）望ましい仕上げを維持しつつ、目の細かい研磨材及び／又は研磨システムを使用して、電動ツールの支援の有無に関わらず、最後まで手作業で欠陥をサンディング／研磨することである。そのような補修を実行する熟練者は、長時間の訓練を活用すると同時に、自身の感覚を利用して、補修の進捗を監視し、適宜に変更を加える。そのような高度な技術は、感知が制限されているロボットによる解決策においては、取得することが困難である。
【0011】
更には、研磨材料の除去は、圧力駆動プロセスである一方で、多くの工業用マニピュレータは、一般に、位置追跡／制御レジームにおいてネイティブに動作するものであり、位置精度を念頭に置いて最適化されている。その結果、力制御（すなわち、関節トルク及び／又は直交力）が本質的に不得手な、極めて硬直した誤り応答曲線（すなわち、小さい位置ずれが、極めて大きい補正力をもたらすもの）を有する、極度に厳密なシステムがもたらされる。閉ループ力制御手法が、敏感な力／圧力駆動処理にはるかに適している柔軟な（すなわち、硬直していない）変位曲線を提供する、より最近の（かつ、より成功した）力制御式フランジと共に、後者に対処するために（限られた有用性を伴って）使用されてきた。しかしながら、堅牢なプロセス計画／制御の問題が残されており、この研究の焦点となっている。
【0012】
図２は、本発明の実施形態が有用であり得る、ロボット欠陥補修方法を示す。方法２００は、ロボット補修システムが、本明細書に記載される少なくともいくつかの実施形態に従って、どのように欠陥を補修するかの概要である。
【0013】
ブロック２１０において、例えば、図１のアプリケーションコントローラ１５０などのロボットコントローラから、命令を受信する。命令は、力制御ユニット、エンドエフェクタモータ又はツール移動パターンなど、ロボット補修ユニットの異なる構成要素に対する移動命令を含む。
【0014】
ブロック２２０において、ロボットモーションコントローラが、ツールに取り付けられた研磨物品を定位置に移動させて、欠陥に係合するように準備する。欠陥位置は、検査システムから知ることができ、そうでなければ、例えばワーク表面のＣＡＤファイルに基づいて識別することができる。
【0015】
ブロック２３０において、研磨物品が欠陥に係合する。欠陥に係合することは、欠陥領域をサンディングすること又は欠陥領域を研磨することを含み得る。
【0016】
ブロック２４０において、欠陥領域を洗浄する。洗浄は、サンディング又は研磨で使用されたあらゆる流体を拭き取ること、並びに破片を拭き取ることを含み得る。ブロック３４２に示すように、洗浄ステップの後、ツールは、欠陥に再係合することができる。
【0017】
ブロック２５０において、補修が十分であるかどうかを判定するために、欠陥領域を検査する。追加的な補修が必要とされる場合には、方法２００は、矢印２６０によって示すように、ロボット補修ユニットが新たな命令を受信することを含むことができ、本方法を繰り返すことができる。欠陥補修を検査することは、補修後の画像を取得すること２５２を含むことができ、その画像は、必要に応じて補修オペレータに提示しても、又は保存してもよい。検査することはまた、ブロック２５４に示すように、補修を検証することも含むことができ、これは、補修前の画像と補修後の画像とを比較すること、欠陥が人間の眼に視認可能／目立つかどうかを検出すること、又は別の好適な検証技術を含み得る。
【0018】
図３は、本明細書の実施形態が有用であり得る、複数の表面特徴部を有するワーク表面を示す。図３において自動車のボンネットとして示されているワーク表面３００は、複数の表面特徴部３０２を有する表面と、いくつかの平坦領域３０４とを含む。現在、欠陥は検査システムによって検出され、人間のレビュー担当者に提供され、その担当者によって、欠陥が補修可能領域にあるか補修不可能領域にあるかが示される。補修可能な欠陥３１０は、ロボット補修ユニットが平坦な補修表面に基づく補修軌道を使用して補修することができる、ワーク表面３００上の領域内にある欠陥である。対照的に、表面特徴部３０２に近すぎる欠陥は、手作業補修欠陥３２０と見なされるか、又はロボット表面処理システムによって処理することができないため、手作業で補修する必要がある欠陥と見なされる。現在、多くの用途において、撮像された欠陥は、予め規定されたルーチン及び「補修する／補修しない」基準を用いて、乗物の領域にマッピングされる。例えば、「狭い」領域又は湾曲した（凹状又は凸状）表面上の領域は、「補修しない」領域である。
【0019】
システム１００などのロボット表面処理システムが、表面特徴部に近接して、又は表面特徴部を含む領域上で、表面を処理できるようにするシステム又は方法を有することが所望されている。更に、乗物のＣＡＤ（コンピュータ支援設計）モデル又は他のワーク表面にアクセスすることなく、欠陥位置の近くの表面トポグラフィを判定することができるシステムを有することも所望されており、それは、そのようなモデルを乗物製造業者から入手することが常に可能であるとは限らないからである。例えば、整備工場などのアフターマーケット環境で補修を行う場合、表面データを収集するには直接測定を使用するしか方法がない場合がある。
【0020】
本明細書で説明するように、いくつかの実施形態では、欠陥が識別され、欠陥の周囲の表面上の複数の点が測定される。したがって、点群が得られ、この点群に基づいて、表面のトポグラフィが決定される。いくつかの実施形態では、表面トポグラフィに基づいて、表面特徴部が識別される。いくつかの実施形態では、一連の曲率メトリックが、測定値からフィッティングされたモデルから取得された複数のサンプリング点において計算される。各サンプリング点において、これらのメトリックは、２つの直交ベクトルに関して計算される（これらのベクトルは、その点で表面が最も曲がっている曲率の主軸と一致する）。明示的に言えば、各サンプリング点において、曲率の主軸と整列した２つのベクトルが、関連する曲率の大きさ、及びそれらの主軸に沿った曲率の導関数とともに計算される。本明細書で説明するように、表面のＣＡＤモデルが利用可能でないこともあるので、表面特徴部を識別するために、欠陥付近の曲率を近似するために数学的モデリングが必要となる。
【0021】
図４は、本明細書の実施形態による、ワーク表面を処理する方法を示す。方法４００は、システム１００などのシステムに実装され得る。しかしながら、方法４００のいくつかのステップは、別々の場所で実行されてもよく、例えば、欠陥は、ブロック４１０に示すように、ブロック４７０において欠陥を補修する補修ロボットとは異なる場所にある検査システムによって識別されてもよい。更に、曲率を推定する数学的モデルは、検査システム、ロボット補修位置のいずれかにおいて、ローカルロボットコントローラによって、又は第３の場所において、クラウドベースのサーバ若しくはリモートロボットコントローラなどによって、ローカルに生成され得る。方法４００は、乗物上の塗料欠陥又はクリアコート欠陥のロボット補修の文脈で説明される。しかしながら、同様の方法が、他の産業において有用であり得る。
【0022】
ブロック４１０において、欠陥が乗物の表面において検出される。欠陥は、へこみ、傷、クリアコート若しくは塗料の層に埋め込まれた粒子、気泡、又は汚れであり得る。欠陥は、ブロック４０２に示すように、ワーク表面を撮像し、その画像に基づいて欠陥を識別する、ビジョンシステムを使用して識別することができる。欠陥はまた、ブロック４０４に示すように、例えば、欠陥位置が既知の表面特徴部に関して画定され得るようにＣＡＤモデルに情報を供給することによって、ＣＡＤモデルに基づいて識別されてもよい。ブロック４０６において、欠陥は、個人が欠陥を傷として識別し、ビジョンシステムがその位置を識別できるように補修のために印を付けるなどの手作業プロセスによって、又は測定された位置をＣＡＤシステムに供給することによって、少なくとも部分的に識別され得る。乗物表面上の欠陥タイプ又は位置を識別するための他の選択肢も想定される。
【0023】
ブロック４２０において、補修表面が測定される。いくつかの実施形態では、ブロック４１４に示すように、ＣＡＤモデルが、欠陥位置及び欠陥位置の周囲における表面トポグラフィの正確な測定を提供する。しかしながら、全てのワーク表面についてＣＡＤモデルを得ることが常に可能であるとは限らない。したがって、図５及び方法５００に関してより詳細に説明されるように、ブロック４１２に示すように、ビジョンシステムを使用することが可能であり得る。また、手作業４１６で、又はブロック４１８に示すように別の方法を使用して、いくつかの表面測定値を得ることも可能であり得る。
【0024】
ブロック４３０において、数学的モデルが生成され、この数学的モデルを使用して、ワーク表面上の複数の点、例えばブロック４２０において測定された点における表面トポグラフィを近似する。モデル４００は、異なる実施形態において、高解像度表面トポグラフィモデリング及び低解像度表面トポグラフィモデリングに有用であり得る。いくつかの実施形態では、低解像度表面トポグラフィは、少数の表面サンプリング測定値、例えば、２５個以下の点、２０個以下の点、１５個以下の点、１０個以下の点に依存する。二変量二次モデルが使用される実施形態（Ｆ（ｘ，ｙ）＝ａｘ２＋ｂｙ２＋ｃｘｙ＋ｄｘ＋ｅｙなど）では、５つの定数値（例えば、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、及びｅ）について解くために、最低５つの点が必要とされる。本明細書で説明するように、低解像度シナリオでは、表面トポグラフィモデルをフィッティングさせることができ、次いで、この表面トポグラフィモデルは、その上に表面処理操作がマッピングされ得る基礎として機能することができる。この実施形態では、モデルをフィッティングさせるために使用する表面測定値は、欠陥の中央になるように覆うようにして置かれたフレーム内で提供されると想定される（したがって、フィッティングモデル内に並進定数は必要ない）。しかしながら、いくつかの実施形態では、表面測定値が、欠陥の中央になるように覆うようにして置かれていないフレーム内で提供される場合には、並進定数が必要となる可能性があることが明示的に想到される。他のモデルを使用することもでき、他のモデルは、各定数について解くためにより多数の又はより少数の点を必要とする場合がある。
【0025】
高解像度シナリオでは、より多数の表面サンプルが取得され、例えば、少なくとも５０個、又は少なくとも１００個、又は少なくとも２００個、又は少なくとも３００個、又はそれ以上の点がサンプリングされる。サンプリングされる点の数が多いほど、表面トポグラフィモデルは、下にある表面をより正確に近似する。例えば、直径６ｃｍの領域では、３００個のサンプリング点を使用して、表面トポグラフィを近似し、表面曲率を検出することができる。高解像度サンプリングシナリオでは、下にある表面（溝、急な屈曲部など）を特徴付けるトポグラフィ特徴部をより正確に捕捉する高次数学的モデルをフィッティングさせることが可能である。次いで、この高次モデルを使用して、曲率の導関数が曲率の主軸に沿って「ゼロにクロスする」領域を識別することによって、これらの特徴部を検出することが可能である。次いで、検出された表面特徴部及び／又は表面トポグラフィに基づいて、ロボット軌道を適合させることが可能であり得る。
【0026】
モデルを使用して表面を近似すると、ロボットコントローラが、表面を記述する非常に最小限のデータのセットを取得することが可能になる。ブロック４３０で生成された数学的モデルは、欠陥の周りの表面を近似して、ワーク表面のその領域に合わせてカスタム補修作業を調整することを可能にするのに十分であり得る。ブロック４３０で生成された数学的モデルにより、ロボットコントローラは、下にある表面のデータを完全に認識することなく、高品質な補修を実行できるようになる。代わりに、表面処理システムは、表面測定値を受信し、これらの測定値を使用して、ターゲット表面への補修を計画及びマッピングすることができる。この方法は、ブロック４３４に示すように、二次フィット、三次フィット、四次フィットなどの任意の多項式表面近似法を含むことができる。このようなモデルは、サンプリングを続ける必要なく、方程式から直接表面特性を近似することを可能にする。数学的モデルは、いくつかの実施形態では、ブロック４３４に示すように、最小二乗線形回帰を使用してフィッティングされてもよい。ブロック４３８に示すように、他のモデルを使用してもよい。例えば、より多くのデータが利用可能である場合、数学モデルは、一実施形態では、スプライン（Ｂスプライン、ＮＵＲＢＳなど）を使用する表面フィッティング、又は別の実施形態では、サポートベクトルマシンを含む、より高次元の表面の表現で構成されてもよい。
【0027】
ブロック４４０において、表面欠陥の近くの特徴部が検出される。特徴部は、凹面、凸面、縁部、突出部、又は正常な補修軌道を妨げる可能性のある別の表面特徴部であってもよい。
【0028】
ブロック４５０では、検出された特徴部に基づいて、又は既知の若しくは近似された表面曲率に基づいて、又は表面トポグラフィに基づいて、表面処理テンプレートが、取得され、修正される。補修テンプレートは、各ポイント又は各ポイント間に割り当てられた関連するプロセスパラメータ（例えば、印加された力、ディスク速度、ロボットダイナミクスなど）を有する、２Ｄ平面内のウェイポイントのセットである。これは、ロボットが表面処理操作を実行するための一般的な命令のセットを定義したものである。
【0029】
このテンプレートは、計算された曲率メトリックに応じて修正され得る。例えば、２つのウェイポイントに又はそれらの間に割り当てられたプロセスパラメータ（例えば、印加された力）が、これらの２つのポイント間に存在する最大表面曲率の大きさに比例するように修正されることが望ましい場合がある。別の例としては、表面がそれらのポイントにおいて凹状又は凸状であると検出されたかどうかに応じて、補修テンプレート内のウェイポイントのセット全体に適用される力プロファイルを（例えば、拡大又は縮小することによって）修正することもあり得る。
【0030】
テンプレートの形状は、近似された曲率メトリックに応じて修正されてもよい。例えば、補修テンプレートは、検出された表面特徴部の周りで歪曲するように歪められ得る。これにより、スカッフィング又は他の望ましくない影響を引き起こし得る高度に動的な操作を行う必要なく、ロボットが表面特徴部の近くの欠陥を処理することが可能になる。
【0031】
テンプレートが適切に修正されると（そのプロセスパラメータ及び形状の両方）、次いで、その修正されたテンプレートは、フィッティングされた表面モデルを使用して、欠陥の上方にある２Ｄ基準平面から表面にマッピングされる。
【0032】
ブロック４５２に示すように、検出された欠陥タイプ又はサイズに基づいてテンプレートを取得してもよい。テンプレートは、ブロック４５４に示すように、表面のタイプ、例えば、塗料のタイプ若しくは色、クリアコートのタイプ、又は他の表面調整に基づいて、取得され得る。また、ブロック４５６に示すように、補修中のワーク表面の領域に基づいてテンプレートを取得してもよい。自動車のボンネット上にある補修領域内の欠陥の例では、補修領域がドアの下縁部上にある場合（フェザリングの増加を必要としない可能性がある）とは対照的に、縁部においてフェザリングが増加した補修テンプレートを取得してもよい。ブロック４６２に示すように、修正は、補修軌道をある程度維持してもよく、例えば、ウェイポイントは、補修テンプレートにおいて画定された中心点に対して半径方向にのみその位置がシフトされる変換を受けてもよい。修正はまた、ブロック４６４に示すように、歪みメトリックを含んでもよく、表面特徴部に干渉することなく、欠陥に対処することが可能になる。ブロック４６６に示すように、他の修正方法を使用して、ロボット補修ツールが表面特徴部を避けながら欠陥に十分に対処することを可能にすることができる。
【0033】
ブロック４６０において、補修に関連付けられたウェイポイントが生成され、システム１００などのロボット補修システムに送信される。ウェイポイントは、既知の欠陥位置に基づいて生成され得る。ウェイポイントが、ロボット補修ユニットに、補修ツールを欠陥位置に移動させ、修正された軌道をたどるようにさせ得る。ウェイポイントは、ワーク表面を十分に処理又は補修するために、欠陥の周りの近似された表面に基づいてもよい。ウェイポイントは、修正された軌道を表面にマッピングすることによって生成されてもよい。マッピングは、直交マッピング又は別の好適な技法を含んでもよい。
【0034】
ブロック４７０において、ロボット補修ユニットは、修正された軌道をたどって、欠陥の補修を成功させる。方法４００を使用することで、ロボット補修ユニットは、利用可能な既知の幾何学モデルがない表面を補修することができる。
【0035】
現在、乗物表面上の多くの領域は、ロボット補修ユニットの「立入禁止」ゾーンとして分類されている。曲面又は縁部を有する領域における欠陥は、補修軌道の修正を必要とする。補修を行う人間は、動き、力及び速度を調整して、曲面を補修する方法を直感的に調整することができる。本明細書で説明するシステム及び方法は、乗物上の「立入禁止」ゾーンの数を低減するように補修軌道を修正するのを支援し得る。しかしながら、本明細書のシステム及び方法は、検出されたトポグラフィに基づいて、いくつかの領域を依然として補修不可能として分類し得ることが明示的に想到される。検出されたトポグラフィに基づいて補修することが困難すぎる領域を検出することで、部品が設計変更を受ける可能性があるために、「立入禁止ゾーン」を手作業でラベル付したり、継続的に管理したりする必要がなくなる。
【0036】
図５は、本明細書の実施形態による、ワーク表面上の表面トポグラフィを識別する方法を示す。特徴部検出のための点群法の使用は知られていないわけではない。例えば、Ｋｉｍ ｅｔ．ａｌ，「Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｉｄｇｅ ａｎｄ Ｖａｌｌｅｙ Ｌｉｎｅｓ ｆｒｏｍ Ｕｎｏｒｇａｎｉｚｅｄ Ｐｏｉｎｔｓ．」Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ｔｏｏｌｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ６３．１（２０１３），ｐｐ ２６５－２７９に、そのような方法が記載されている。本明細書で説明するように、方法５００の数学モデルは、多項式表面がワーク表面にどのようにフィッティングするか、及び極値交差がどのように検出されるかという点で異なっている。更に、いくつかの実施形態では、方法５００は、効率的な補間のために表面のほぼ連続的な表現を提供するために、対応する多項式フィットをつなぎ合わせる、対象の欠陥位置の周りのパッチのサンプリングに依存する。しかしながら、ＮＵＲＢＳ表面をフィッティングし、次いでそのモデルからの方程式を使用して、導関数、曲率、次いで曲率の導関数を計算するなど、他のフィッティング方法が好適な場合もある。他の方法が好適な場合もある。
【0037】
ブロック５１０において、表面上の複数の点が得られる。サンプル点は、例えば、検出された欠陥の周りの領域をサンプリングするビジョンシステムなどの別個のシステムから得られる。それらの点は、一実施形態では、米国仮特許出願第６３／２０３，４０７号に記載されるように、グリッド測定に基づいて体系的にサンプリングされる。平面が、欠陥位置において画定され、その位置の表面法線に対して位置合わせされる。次に、中央の欠陥位置の半径Ｒｍ内にある点からなるグリッドが表面に投影されて、この平面に関する深さ測定値のサンプリングを提供する。これらの投影された点を使用して、表面近似モデルをフィッティングする。平面グリッド内の点は、局所表面トポグラフィを測定するために使用される対象のワーク表面上に投影される。サンプリングの中心点におけるＺ軸（この頁の外側に向いている）は、対象点（例えば、欠陥）の表面法線と位置合わせされる。次に、グリッドの中心から半径ＲＭ内にある点から深さ値が測定される。これらの点を使用して、表面近似モデルをフィッティングする。
【0038】
ブロック５２０において、近似モデルが構築される。一実施形態では、これは、上述のサンプリング面内で測定された、欠陥点の半径Ｒｆ内にある各サンプル点に１つずつ、一連のローカル近似モデルをフィッティングすることによって行われる。各ローカル表面モデルは、サンプリング面内で測定された、パッチの中心となるサンプル点の半径 Ｒｐ内にある近くの点同士からなる「パッチ」を使用してフィッティングされる。このローカルモデルは、下にある表面上の補修領域の部分領域の解析的近似であり、その部分領域における曲率メトリックを計算するために使用することができる。一実施形態では、ローカルモデルは、最小二乗回帰を使用して部分領域にフィッティングされた二変量多項式関数から構成されてもよい。
【0039】
他の方法を使用して、表面から取得した測定点のセット全体から直接的にグローバル近似モデルをフィッティングしてもよい。このような方法は、スプラインから構成される表面近似を用いてもよい。例えば、１つのそのようなアプローチは、Ｓｉｍｐｌｅ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ ＮＵＲＢＳ Ｓｕｒｆａｃｅｓ ｆｒｏｍ Ｕｎｏｒｇａｎｉｚｅｄ Ｐｏｉｎｔｓ，Ｌｅａｌ ｅｔ ａｌ．，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ １９ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍｅｓｈｉｎｇ Ｒｏｕｎｄｔａｂｌｅ ｐｐ １６１－１７５に提示されている。
【0040】
いくつかの実施形態では、各サンプリング点についてローカルフィット関数のみが使用されるため、グローバルフィットが不要であり、表面量は、表面のローカル近似全体で比較することができる。
【0041】
ブロック５３０において、数学的モデルから生成されたサンプル点からなるセットで曲率メトリックが近似される。これらの点は、元の表面測定値の解像度よりも細かい解像度で、解析表面モデルからサンプリングしてもよい。３８に適合する近似モデルを使用して、表面トポグラフィを記述するメトリックのセットが、各サンプル点において計算される。これらのメトリックは、曲率の主軸（ｖ１，ｖ２）に沿った表面曲率の大きさ（ｋ１，ｋ２）、並びに各軸に沿った関連する曲率の導関数（ｅ１，ｅ２）を含む。
【0042】
この説明のために使用される解析モデルは、以下の式１として提示される。しかしながら、他のモデルも可能であることが明示的に想到される。一連の二変量二次近似関数によって表面をモデル化すると、以下の各近似関数の陰関数形式が得られる。
Ｆ（ｘ，ｙ）＝ｚ（ｘ，ｙ）－（ａｘ２＋ｂｙ２＋ｃｘｙ＋ｄｘ＋ｅｙ＋ｄ） 式１
Ｆ（ｘ，ｙ）＝ｚ（ｘ，ｙ）－（ａｘ２＋ｂｙ２＋ｃｘｙ＋ｄｘ＋ｅｙ＋ｄ） 式１
【0043】
Ｆの勾配を取って正規化し、以下の式２に示すように、表面に垂直なベクトルＮを求める：
【0044】
【数1】
【0045】
次いで、法線ベクトルの勾配（▽Ｎ）の固有値分解を取る。２つの最大（絶対値に基づく）固有値に関連付けられた２つの固有ベクトルは、曲率の主軸に沿って存在するベクトルである。ＨをＦのヘシアン（二次偏導関数の行列）とすると、ベクトルｖに沿った関連曲率は式３（Ｋｉｍらに示されているとおり）を用いて計算することができる。
【0046】
【数2】
【0047】
各サンプリング点には、最小値と最大値の２つの曲率主軸があり、それぞれに関連する曲率値がある。各曲率値は、関連する軸に沿って表面に接する円の半径の逆数を表す。各点における曲率の主軸（ｖ１，ｖ２）は、上述したように、その同じ点における法線ベクトルの勾配の固有値分解を取ることによって、見つけることができる。ｋ及びｖのメトリックは、任意の所与のサンプル点において、表面がどの程度、かつどの方向に「折り畳まれているか」を、分析的に判定する方法を提供する。
【0048】
ベクトルｖに沿った曲率の導関数は、式４（これもＫｉｍらに示されている）を使用して計算することができる。
【0049】
【数3】
【0050】
ブロック５４０において、曲率の各主軸に沿った曲率の導関数が、解析モデルからサンプリングされた各点において計算される。
【0051】
ブロック５５０において、曲率の主軸に沿った曲率の導関数がゼロクロスする点が、近似される。曲率の導関数におけるゼロクロス（例えば、ｅ１、ｅ２が、隣接する点間で符号が変化するところ）は、表面上の谷部及び嶺部、例えば、表面特徴部と相関する。したがって、表面特徴部は、サンプル点間の曲率の導関数（ｅ１，ｅ２）のローカル近似を比較することによって、検出することができる。
【0052】
文献では、曲率の主軸が方向的に曖昧であることが十分に指摘されている。これにより、計算された固有ベクトル（ｖ１，ｖ２）がランダムに反転する可能性があり、その結果、誤った特徴点検出につながる可能性がある（ｅ１，ｅ２の符号も反転する）。
【0053】
これを考慮して、曲率の導関数（ｅ）のゼロクロスが２つのサンプル点間に存在するかどうかをチェックするときに、関連する主方向同士が局所的に整列される。例えば、ｐｔ１における固有ベクトルｖ１が、隣接点において計算された固有ベクトルｖ１の９０度以内にないことが判明した場合、ｐｔ１における表現は反転される（ｖ１及びｅ１は両方とも否定される）。それらが整列すると、これらの隣接する点間で比較されるｅ１の符号の変化により、関連する特徴点が明らかになる。
【0054】
隣接する点間の曲率軸を整列させた後、曲率の導関数の符号が変化すると、特徴点が検出される。ｅ交差における曲率の値（ｋ）の符号は、表面特徴部が嶺部であるか谷部であるかを示し、曲率の値の大きさは、嶺部又は谷部がどれだけ鋭いかのメトリックを提供する。例えば、特徴点は、その特徴点において計算された曲率の大きさ（｜ｋ｜）がユーザ定義の許容範囲未満であることが判明した場合、この点が補修を実行する際に特別な考慮を必要とするほど重要ではない可能性があるので、無視することができる。
【0055】
特徴点が２つのサンプリング点の間にあることが検出されると、それらの点における曲率の導関数の値を使用して、以下の式５を用いて、交差点のより正確な推定値を決定する。
【0056】
【数4】
【0057】
これは、曲率の導関数の最小値を「検出された嶺部点」に割り当てるＫｉｍらの方法とは対照的である。グローバル近似モデルを用いると、正確な交差を検出する更に正確な方法が考えられることが想到される。これらの方法は、ニュートンラフソン（Newton Raphson）などの求根解決手法を使用して行うことができる。
【0058】
ロボット補修ユニットが曲面を補修できるようにするためには、その面を表すＣＡＤモデル上に直接経路を投影してもよい。これは、軌道計画者がＣＡＤデータに完全にアクセスでき、それによってそのような経路投影を実行できること前提としている。実際には、これらのＣＡＤファイルは、それらの複雑さ、動的な性質（例えば、１つの部分が何度も再設計を経る可能性がある）、及びそのようなデータが共有され得る前に確立する必要がある基礎となる知的財産契約のために、管理するのが難しい場合がある。方法５００を使用すると、ロボットコントローラがこれらのＣＡＤファイルを認識して管理する必要なく、代わりに、センサ又は補助システムがサンプル点（それらのサンプル点から表面が局所的に近似される）をロボットコントローラに提供することを可能にすることによって、ロボット補修ユニットが方法４００を完了することができる。
【0059】
表面を近似するモデルが、例えば方法５００を使用してフィッティングされると、テンプレート化されたロボット補修軌道を画定するウェイポイントを、２Ｄ平面から３Ｄ近似にマッピングすることができる。このマッピングの１つの実現方法は、直交投影によるものである。また、これらの経路ポイントをマッピングする他のより高度な手段も考えられ、補修経路の２Ｄから３Ｄへの投影によって導入される半径方向の歪みを制限しようとする手段が含まれる。
【0060】
表面の曲率情報がモデル化されると、データの連続的な供給が、補修軌道に沿った点におけるプロセスパラメータ、例えば、印加力、ツールのアプローチ角度、移動速度、回転速度（回転ツールの場合）、又は分注速度（分注器の場合）を調整するために利用可能となる。これらのパラメータのそれぞれは、軌道に沿った各点において、プロセス制約内で調整され、表面特徴部に対処することができる。本明細書に記載の解析モデルは、離散的な補修点をマッピングすることができる滑らかな表面トポグラフィを提供する。表面トポグラフィは、必要に応じて細かく又は粗くサンプリングすることができる。離散サンプリングを使用して、スプライン曲線をフィッティングさせることができ、次いで、このスプライン曲線は、経路上の各点において印加力の修正のための基礎として使用されることができる。
【0061】
図６Ａ～図６Ｂは、本明細書の実施形態による、表面上のマッピングされた軌道を示す。図６Ａは、表面特徴部を有するワーク表面を数学的にモデル化した結果を示し、そのプロセスは、２０２１年７月２１日に出願された米国仮特許出願第６３／２０３，４０７号に記載される実施例に示されている。測定値６０２、６０４のセットは、乗物を表すＣＡＤ表面６００上でサンプリングされる。解析モデルがこれらの点にフィッティングされ、各サンプル点において曲率の導関数が測定される。曲率の導関数が符号を反転すると、特徴線６０２が検出される。この領域付近の補修は、その後、この特徴線を避けるように、又は特徴線に対して平行及び／又は垂直に実行されるように、変換されてもよい。経路速度、ツール力、及びツール速度もまた、調整されてもよい。
【0062】
図６Ｂは、モデル化された表面６３０に適用された１つの例示的な軌道を示す。接触面に対する法線６３２が示されており、迎え角が表面トポグラフィに適応するためにどのように変化し得るかを示している。
【0063】
図７Ａ～図７Ｃは、軌道が変更され得る様々な方法を示す。図７Ａは、凹状エリア内の欠陥に対処するために表面処理ユニット７００の迎え角がどのように変化し得るかを示す。表面処理ユニット７００は、図示された実施形態において、欠陥をツール７０２と接触させる必要がある。左側では、ツール７０２は表面部分７１０と衝突することになり、表面７１０への食い込みによって重大な損傷が生じるまで欠陥と相互作用することはなく、非常に目立つ表面処理作業が残るが、これは材料除去用途では望ましくない。そうではなく、表面トポグラフィがロボットコントローラに提供されると、右側に見られるように、ツール７０２が欠陥を含む領域７１０と相互作用するように迎え角を調整することができ、その結果、表面処理跡がはるかに目立たなくなる。
【0064】
ロボットコントローラによるより広範な補修戦略生成プロセスの文脈では、表面トポグラフィを知ることで、欠陥補修の順序を変更してもよく、例えば、より小さい表面積を有するツール７０２がユニット７００に取り付けられている間に、この欠陥を補修してもよい。あるいは、２つのユニット７００を有するシステムでは、より小さいツール７０２を有するユニット７００を割り当てて、図示された欠陥に対処してもよい。
【0065】
図７Ｂは、曲面の周りの軌道の非線形変換７２０を示す。表面特徴部付近の表面処理は、概して、２つの方法で行うことができ、すなわち、図７Ｂに示すように、表面特徴部を補修戦略に組み込むことによって、又は図７Ｃに示すように表面特徴部を回避することによって、行うことができる。図７Ｂにおいて、欠陥７２２は、曲面７２８上に位置する。初期欠陥戦略は、例えば、欠陥７２２の周りの円形補修７２４であってもよい。しかしながら、欠陥７２２を含む表面上にマッピングされた円形補修は、輪郭のある表面をたどるためにロボットが高度に動的な操縦を実行しなければならないので、表面上に望ましくない跡を残す可能性がある。これは好ましくない。代わりに、補修軌道を変形させ、表面７２８の湾曲の周りに巻き付けて、その湾曲を組み入れることが望ましく、結果として軌道７２６が得られる。いくつかの実施形態では、軌道７２４から軌道７２６への変換は同相変換であり、軌道７２４上のあらゆる点が軌道７２６上の点にマッピングされる。図７Ｂは、少なくともいくつかの方向において、軌道７２４の半径を超えて軌道７２６を延長する変換を示すが、軌道７２６を軌道７２４の境界内に維持する同相変換が生じてもよいことも明示的に想定される。加えて、図７Ｂは、ブーメランのような形状７２６に変換する円形軌道７２４を示すが、豆形、楕円形、又は例えば、軌道径のスカラー増加又は減少を含む別の好適な形状などの他の形状が好適又は適切であってもよいことが明示的に想到される。軌道７２４の形状は、補修される欠陥の形状又はサイズに基づいて決定されてもよく、その結果生じる軌道７２６の形状及びサイズは、表面特徴部の曲率の形状、サイズ、又は大きさに基づいて決定されてもよい。軌道形状を概ね維持する同相変換について説明したが、表面トポグラフィ及び欠陥仕様に基づいて他の変換が適切である場合もある。例えば、溝の周囲では螺旋が好まれ、溝内ではジグザグのパターンが使用されることがある。螺旋から線への変換は、非同相変換の一例である。同様に、非同相変換では、特徴線を越えた領域内の全ての点は、特徴線に隣接する線にマッピングされ得る。
【0066】
図７Ｃは、軌道の幾何形状を修正する変換７３０を示す。欠陥７３２に対して初期軌道７３６が選択される。しかしながら、軌道７３６では、表面処理ツールを表面特徴部７３４に近づけ過ぎて、所望の欠陥補修ゾーンの外側に損傷を引き起こす可能性がある。したがって、修正軌道７３８が生成される。図７Ｃに示すように、修正軌道７３８は、欠陥７３２から中心がずれているが、他の実施形態では、欠陥７３２の上に中心があってもよい。線形変換は、図７Ｃに図示するように、欠陥を、伸張、回転、又は並進させ得る。
【0067】
しかしながら、軌道を単純に伸張、圧縮、又は並進させることによって欠陥補修を達成することが可能でない場合がある。
【0068】
図８Ａ～図８Ｄは、図８Ｂの方法に記載する例示的な軌道修正プロセスを示す。図８Ｄに示すように、表面特徴部は、点８０２によって示す境界によって識別することができる。いくつかの実施形態では、図８Ａに示すように、補修軌道によって横切ることはできない。その場合、ロボット表面処理ユニットをプログラミングする際の課題は、補修を行うことができるように、境界点８０２から離れた赤色点の下のエリアを滑らかに処理することである。図８Ａ～図８Ｄは、補修経路が曲線補修経路である実施形態を示す。人間が補修中に急なカーブ（例えば、９０°回転）を作ることは容易かもしれないが、ロボットユニットがそうするためには加速ペナルティが生じる。更に、ロボットシステムの動作を停止させて、別の方向に再始動させると、ぎくしゃくした動作が発生する可能性がある。研磨補修の場合、表面の跡がワーク表面上に残ることがある。更に、加速ペナルティは、実施により多くの時間を要する場合がある。車両の欠陥補修の例では、車両が補修プロセスを迅速に進めることができるように、欠陥を可能な限り迅速に補修することが望ましい。平滑な補修軌道により、そうでなければロボット処理できないであろうターゲットエリア内でロボット補修が行われることが可能になり、更にその補修を許容可能なプロセスウィンドウ内に保つことができる。
【0069】
図８Ｂは、軌道修正プロセス８５０のための方法を示す。ブロック８５２に示すように、（例えば、方法５００から）検出された特徴点は、欠陥点８１０によって示すように、欠陥の上方に２Ｄ平面になるように投影される。特徴点同士は、一実施形態では、接続されて特徴線になる。一実施形態では、これは、互いに距離Ｒｃ内にある特徴点が接続されているとみなされることを考慮することによって行われる。
【0070】
ブロック８６０において、離散マッピング点の集合Ｍ（θ）→ｄが生成され、ここで、θは、２Ｄ平面内の固定軸からの角度であり、ｄは、θの方向における中心から最も近い境界点までの距離である（これが、元のテンプレート境界上にある点であろうと、又は検出された特徴線上にある点であろうと）。これは、θを離散的にサンプリングし、補修中心から最も近い境界点に光線を投影することによって行われる。初期境界８２０を有する初期軌道８２２が取得される。軌道８２２は、検出された表面特徴部のエリア内でツール又はロボットがどれだけ速く移動できるかなどのプロセス制約を含む、複数の要因に基づいて取得することができる。軌道８２２はまた、欠陥又はワーク表面の仕様に基づいて取得されてもよい。例えば、乗物表面上のオレンジピールを維持する、又は乗物表面の未処理部分に補修領域を混ぜることが望ましい場合がある。同様に、軌道８２２は、検出された表面特徴部に基づいて選択されてもよい。
【0071】
ブロック８７０において、軌道パラメータの変換が完了する。本明細書で説明する軌道には、表面処理ツールが移動する一連のウェイポイントが含まれるだけでなく、ツールに起因する他のプロセスパラメータも含まれ、それには、迎え角若しくは接触角、ツール速度、ロボットの移動速度、印加される力（あるいは、接着剤若しくはフィルムの分注速度など）、又は研磨物品の種類若しくはサイズ、温度、湿度などの任意の他の関連するプロセスパラメータが含まれる。ウェイポイントのセットのそれぞれにおいてこれらのパラメータのそれぞれを変換する必要がある場合があり、ウェイポイント自体も変換する必要がある場合がある。
【0072】
上述したように、外側境界が検出された特徴線と交差する場所をマーキングしたマッピング点のセットが、最初に生成される。いくつかの実施形態では、マッピング点は、（補間前に）平滑化工程を経て、鋭い「ねじれ」が除去される（外側境界８２０が特徴線８１０と接する場所など）。この平滑化は、２段階のプロセスを適用することによって行われ、このプロセスは、第１に、縁部を平滑化するために距離マッピングにガウスフィルタリングを適用することと、第２に、ガウスフィルタリングが制約違反を引き起こす可能性があるため、結果として得られる平滑化された距離マップのうち、元の平滑化されていない境界に違反する領域を繰り返し縮小することを含む。例えば、平滑化された距離マッピングにおける違反領域は、元のテンプレート境界及び課された特徴線と適切に一致するまで、逆ベル曲線によって反復的に拡大縮小されてもよい。逆ベル曲線は、式６によってモデル化される。
【0073】
【数5】
【0074】
式６において、ｍ及びｄは、ベル曲線の全体的な形状を制御する調整可能なパラメータであり、ｔは、係数ｐが適用される識別された制約違反からの角距離である。この例では、距離マッピング内の点を縮小するとき、マッピング点の半径方向は変更されないままである。
【0075】
その結果、初期テンプレートと検出された表面特徴部とによって定義された元の境界制約内にある平滑なマッピング点のセットが得られる。
【0076】
次いで、これらのマッピングポイントが補間される。この補間は、線形セグメントを用いて、又はスプラインを介して行うことができる。本明細書では、マッピング点補間を実行するためにＢスプラインを使用している。しかしながら、他の方法も可能であることが明示的に想定される。その結果、任意の角度θが与えられた場合に許容可能な最大距離を生成する、連続的で滑らかな外側マッピング境界関数が得られる。
【0077】
次いで、滑らかなマッピング境界を使用して、ウェイポイントのセットを特徴線の片側に位置するようにマッピングすることができる。これは、一実施形態では、ウェイポイントが位置する欠陥からの距離を係数ｄ／ｒだけ比例的に拡大縮小することによって行われ、ここで、ｄは、外側マッピング境界関数上のサンプリングされた距離（元の変換されていない点と同じ角度）であり、ｒは、変換されていないテンプレートマッピング（８２０）の半径である。
【0078】
軌道形状又は他のパラメータの変換は、線形又は非線形であってもよい。例えば、軌道形状の線形変換では、補修を、単に縮小又は伸張してもよい。軌道形状の非線形変換により、縁部の周りに適合するように補修が歪む可能性がある。
【0079】
他のプロセスパラメータについても、同様の変換プロセスを行うことができる。例えば、任意の所与のウェイポイントにおいて印加される力も、ｄ／ｒによって同様に拡大縮小することができ、あるいは実施例に記載したようなランプ関数を適用することができる。
【0080】
ブロック８７０の変換工程は、ポテンシャル場法などのエネルギー最小化法を含むこともできる。１つのエネルギー最小化方法では、補修テンプレートをカバーするメッシュのマッピング点間に「仮想ばね」が割り当てられる。次いで、点からなるメッシュは、強制関数を受け、この強制関数は、立入禁止領域（例えば、本明細書に図示される円形補修の左側）から徐々に遠ざかるようにメッシュをシフトさせる。例えば、概ねメッシュを欠陥の中心に保つ力など、他の力が同様に適用されてもよい。これらの力の影響下で点がシフトすることが可能であるため、メッシュ点同士の間に割り当てられた仮想ばねは、メッシュを安定させるように作用し、変換中にメッシュトポロジーを維持する。これらのマッピング点が特徴線の片側に移動すると、これらのマッピング点を使用して、変換されていない形状からの他の点をマッピングして、変換されたマッピングの大体の形状を呈することができる。
【0081】
本明細書では、軌道を調整することに焦点を当てたシステム及び方法について説明する。ただし、移動経路は、表面処理作業の一部に過ぎないことが明示的に想定される。欠陥補修の例では、ロボットの速度、ツールの回転（及び／又は振動）速度、迎え角、及び印加力もすべて、高品質な補修を達成するために重要である。実際、補修品質にとって、軌道だけよりも力及び速度の方がより重要である場合がある。ブロック８８０に示すように、補間工程８７０は、プロセス制限ごとに繰り返すことができる。しかしながら、これらのパラメータのうちのいくつかは相互に関連付けられてもよい。例えば、力及び速度を一緒にマッピングすることができる。
【0082】
更に、本明細書では、計算された軌道で前進することを想定するシステム及び方法について説明する。しかしながら、本明細書のシステム及び方法が、様々な表面トポロジーに対して表面処理作業を実行するロボット補修ユニットの能力を高める一方で、全ての設定制約を満たす軌道を方法８５０が生成できないエリアが依然として存在する可能性があることを明示的に想定している。そして、ターゲットエリアが「立入禁止」又は非ロボット補修可能領域であるという指示が返される可能性もある。
【0083】
図８Ａ～図８Ｄは、表面境界を避ける補修軌道を生成する方法を示す。しかしながら、図７Ａ～図７Ｃに記載されるように、補修軌道は、表面トポグラフィ上で検出された表面特徴部を横切るか又は包含する可能性があることが明示的に想定される。
【0084】
ブロック８９５において、補修点は、その座標の逆正接を使用して補修点が位置する（θ）を計算することによってマッピングされる。フィットｂスプラインは、距離マッピング値ｄを得るためにその（θ）において評価される。次いで、補修ポイントが、欠陥の中心に向かって係数ｄ／ｒだけ拡大縮小され、ここで、ｒは、マッピングされていないテンプレートの半径である。
【0085】
図８Ａ、図８Ｃ、及び図８Ｄに示す具体的な例では、境界８２０と特徴部８１０との交点との間の遷移を平滑化するために１Ｄガウスフィルタが適用される。この具体的な例では、平滑化は、マップ生成の後、かつ制約の充足／マップの拡大縮小の前に行われる。これにより、サンプルマッピング点８３２のマッピングがより滑らかになる。１Ｄガウスフィルタについて記載するが、他の平滑化操作が行われてもよい。加えて、平滑化は、別の順序で、又は複数回行われてもよい。図示の例では、平滑化を行って、結果として得られるマッピングを、所望の境界内に、例えば、表面境界の片側に収まるように縮小する。これは、制約に違反する領域において、平滑化された距離マップに図８Ｃの逆ベル曲線８４０を繰り返し乗算することによって行うことができる。次いで、図８Ｄに示すように、補間Ｂスプラインを、平滑化された点マップにフィットさせ、離散マッピングの平滑な連続表現を作成する。
【0086】
【0087】
図１０は、本明細書の実施形態による、補修戦略を修正する方法を示す。２０２１年７月２１日に出願された米国仮特許出願第６３／２０３，４０７号においてより詳細に説明されるように、複数の表面点がサンプリングされ、それらが重複するようにパッチングが行われる。縁部は、パッチがフィッティングされていればどこでも検出することができる。パッチされたエリア９１２は、いくつかの実施形態において、補修軌道９１０を含む。周辺エリア９０４は、パッチのない又は数学的モデルフィッティングのないサンプリングエリアを含んでもよい。周辺エリア９０４は、パッチされたエリア９１２をより良く理解するのに役立つ外周データを提供することができる。線形、非線形、スプライン曲面フィッティング、又は別の好適なモデルなど、任意の解析モデルを使用してもよい。
【0088】
図９Ｂ～図９Ｅは、例えば図５の方法を使用して検出された検出表面特徴部に基づいて、例えば図８Ｂの方法で説明した方法に従って修正された、修正軌道を示す。図９Ｂは、表面特徴部９１２の近くにある軌道９１４を示す。図９Ｃは、特徴部９３２に当接している軌道９３４を示す。図９Ｄは、２つの表面特徴部９２２間の欠陥に対処するように修正された軌道９２４を示す。また、図９Ｅは、２つの特徴部９４４の間の軌道９４２を示す。
【0089】
図１０は、本明細書の実施形態による、修正表面処理戦略を生成する方法を示す。方法１０００は、理解のみを目的として、ワーク表面上の欠陥を補修する文脈で説明され、材料除去、接着剤分注、フィルム包装等の他の表面処理動作に適用される。方法１０００は、ロボットコントローラによってローカルに実行されてもよく、又はプロセスパラメータを有する軌道をロボットコントローラに送信して実施させるクラウドサーバ内の表面処理モジュールによって実行されてもよい。
【0090】
ブロック１０１０において、トポグラフィ点のセットが受信される。この点群は、いくつかの実施形態では、ビジョンシステムから受信されてもよい。
【0091】
ブロック１０２０において、モデルが、例えば方法５００を用いて、これらの点に適用される。これらの点は、検出された欠陥の近くで表面特徴部が検出される場所の指示を含むことができる。
【0092】
ブロック１０３０において、軌道テンプレートが受信される。軌道テンプレートは、例えば、軌道データベースから受信されてもよい。いくつかの実施形態では、取得された軌道は、軌道上の点に印加する力、角度、及び速度の補修計画を含む。他の実施形態では、修正された軌道に基づいて補修計画パラメータが独立して選択される。
【0093】
ブロック１０４０において、例えば、図８に説明及び図示するように、検出された表面特徴部に基づいて、軌道が欠陥にマッピングされる。
【0094】
ブロック１０５０において、軌道に対してプロセスパラメータが選択される。プロセスパラメータは、マッピングされた軌道に沿った離散点に基づいて割り当てられてもよいし、別の方法に基づいて割り当てられてもよい。欠陥及び任意の検出された表面特徴部の両方に対処するための修正のために、複数のプロセスパラメータが利用可能である。ツール選択１０５２は、例えば、研磨物品のサイズ又はタイプを調整することができる。印加力１０５４は、増加又は減少させることができる。ツールの迎え角１０５６は、増加又は減少させることができる。ツールの回転速度１０５８は、増加又は減少させることができる。軌道を通るツールの速度１０６２は、増加又は減少させることができる。これらのパラメータのそれぞれは、軌道に沿った点ごとに設定され、補修計画を形成する。
【0095】
ブロック１０６０において、ロボット補修ユニットによって補修計画が実行される。
【0096】
図１１は、本明細書の実施形態によるプロセスマッピングシステムを示す。プロセスマッピングシステム１１００は、いくつかの実施形態において、ロボット補修ユニットのロボットコントローラに組み込まれてもよい。他の実施形態では、プロセスマッピングシステム１１００は、図１１に示すように、ロボット補修ユニット１１７０からリモートにあってもよい。更に、図１１は、軌道データベース１１５０がプロセスマッピングシステム１１００から分離されリモートにある実施形態を示すが、プロセスマッピングシステム６００が軌道データベース１１５０を有するサーバ上に配置されてもよいことが明示的に意図される。図１１に示す構成以外の構成要素の構成が想定されることが明示的に想到される。
【0097】
欠陥検出システム１１１０は、ワーク表面上の欠陥を検出し、欠陥及び表面情報をプロセスマッピングシステム１１００に提供する。欠陥検出システム１１１０は、図１に関して説明したような撮像システムであってもよい。しかしながら、他のシステム１１１０も可能であり得る。欠陥検出器１１１２は、乗物補修の例では、ワーク表面上の欠陥を検出する。しかしながら、接着剤分注の実施形態では、接着剤ターゲット領域検出器１１１２が、接着剤を分注すべき場所を検出又は特定する。材料除去の実施形態では、ターゲット除去領域１１１２は、表面から材料を除去すべき場所を検出する。表面サンプラ１１１６は、検出された欠陥／接着剤分注ターゲット／ターゲット除去領域の周りの表面をサンプリングする。欠陥検出システム１１１０は、他の機能１１１８も含むことができる。例えば、欠陥検出システム１１１０は、欠陥除去／接着剤分注／材料除去作業の前後に表面を撮像するカメラシステムであってもよい。
【0098】
ロボット補修ユニット１１７０は、ワーク表面上に補修軌道を実装する役割を果たす機械ユニットである。ロボット補修ユニット１１７０は、研磨ツール１１８０を補修作業のための位置に移動させるロボットアーム１１７２を含む。ロボットアーム１１７２は、図７～図９に示すように、軌道を通して研磨ツール１１８０を移動させる複数の移動機構（モータ駆動又はその他）を有してもよい。ロボット補修ユニット１１７０はまた、エンドエフェクタを介して研磨ツール１１８０に力を印加する力制御ユニット１１７４を含んでもよい。
【0099】
欠陥情報受信器１１０２は、欠陥検出システム１１１０などから、欠陥に関する情報を取得する。欠陥情報取得器１１０２は、ＣＡＤモデルに関する欠陥位置を取得してもよく、又は他の位置情報を受信してもよい。
【0100】
表面情報取得器１１０４は、表面サンプラ１１１６によって取得された表面サンプリング情報を取得する。取得された表面サンプリングに基づいて、モデル生成器１１２０が、数学的モデルを生成して、曲率を近似し、欠陥付近の表面特徴部を検出することができる。表面近似器１１２２が、表面を近似する。これは、多項式近似、スプライン曲面を使用した近似、又は別の好適な近似を使用して行うことができる。曲率近似器１１２４は、表面近似に基づいて、サンプリング点のそれぞれにおける曲率の大きさ及び方向を判定する。導関数計算器１１２６は、表面に沿った曲率の導関数を計算する。導関数計算に基づいて、特徴部識別器１１２８は、特徴点のセット、例えば、縁部、凹曲線、凸曲線、又は別の特徴部を識別する。
【0101】
軌道生成器１１４０は、表面曲率に基づいて修正された軌道を生成する。欠陥取得器６４２は、欠陥に関する情報を、例えば欠陥検出システム１１１０から取得する。取得された欠陥情報は、軌道テンプレートを選択するのに有用であり得る、欠陥タイプ、サイズ、位置、重症度、又は他の情報を含み得る。特徴部取得器１１４６は、欠陥補修に干渉し得る欠陥の近くの任意の識別された特徴部に関する情報を特徴部識別器から取得する。
【0102】
軌道修正器１１４８は、欠陥取得器１１４２からの欠陥に関する既知の情報と、特徴部取得器１１４６からの表面特徴部に関する既知の情報とに基づいて、軌道テンプレートを修正する。軌道取得器１１３４は、軌道データベース１１５０から軌道テンプレートを取得することができる。軌道データベース１１５０は、ブロック１１５４に示すように、欠陥タイプ、欠陥位置、欠陥サイズ、欠陥重症度などの欠陥パラメータに基づいて選択され得る、複数の軌道を含み得る。軌道はまた、選択された研磨物品１１５２又はツールに基づいて選択されてもよい。例えば、研磨ディスク又はバックアップパッドのサイズ又はタイプは、少なくともある程度まで、軌道選択を規定する可能性がある。ワーク表面材料（例えば、木材、プラスチック、金属、塗料、クリアコート、それらの層など）などの、ブロック１１５６に示すワーク表面に関する情報は、軌道選択に影響を及ぼし得る。同様に、ロボット補修ユニット１１７０のプロセス制約事項１１６２、例えば、力制御ユニット１１７４が発揮することができる最大力、研磨ツールの最大ＲＰＭ、又は異なる構成要素に必要とされるクリアランス範囲が、軌道選択に影響を及ぼし得る。欠陥、表面、及びロボット補修ユニット１１７０に関する既知の情報に基づいて、初期軌道形状は、螺旋、円、楕円、内トロコイド、ロゼット、又は他の適切な形状などの軌道形状６５８から選択され得る。
【0103】
取得された情報の全てに基づいて、軌道修正器１１４８は、受信した軌道テンプレートを修正する。同相変換器１１３８は、軌道テンプレートに同相変換を行うことができる。並進器１１３８は、軌道テンプレート又は変換されたテンプレートを並進させることができる。同様に、同相変換器１１３８は、テンプレート又は並進されたテンプレートを変換することができる。力調整器１１４４は、軌道に沿って印加される力を選択する。力調整器は、異なる力が印加される点同士の間を平滑化して離散点において印加される力を選択してもよく、又は軌道テンプレートの異なる部分に沿って、印加される力プロファイルを選択してもよい。速度調整器１１４５は、ツールが軌道を通って移動する速度を調整し、ツールが離散点を通って移動すべき速度、点同士間の加速若しくは減速、又は各点において若しくは軌道の一部に沿って達成されるべき速度に基づいて選択され得る。ツール速度調整器１１４３は、ツールが移動する速度、例えば、回転運動、周回路運動、振動運動などを調整する。
【0104】
修正された軌道に基づいて、複数のウェイポイントが、ウェイポイント生成器１１４９によって生成され得る。ウェイポイントは、ロボットアーム１１７２を、以前の欠陥から又は現在の位置から、欠陥位置へ、そして修正された軌道を通って案内して、補修を完了するように生成され得る。
【0105】
本明細書のシステム及び方法は、ワーク表面をサンプリングし、解析モデルをサンプリングされた点にフィッティングさせる。検出された表面特徴部に基づいて、表面処理システムは、ワーク表面上の欠陥及び表面トポグラフィに関する既知の情報を組み込んだ軌道を生成することによって、補修計画を生成する。補修計画はまた、既知の欠陥情報及び表面トポグラフィに基づく軌道に沿ったプロセス変数を含む。
【0106】
図１２は、表面処理システムアーキテクチャである。表面処理アーキテクチャ８００は、欠陥検出及びランク付けシステム１２１０の実装の一実施形態を示している。一実施例として、表面処理システム１２００は、サービスを配信するシステムの物理的な場所又は構成についてのエンドユーザ知識を必要としない、計算、ソフトウェア、データアクセス、及び記憶域のサービスを提供することができる。様々な実施形態では、リモートサーバは、適切なプロトコルを使用して、インターネットなどのワイドエリアネットワークを介してサービスを配信することができる。例えば、リモートサーバは、ワイドエリアネットワークを介してアプリケーションを配信することができ、ウェブブラウザ又は任意の他のコンピューティング構成要素を通じて、それらにアクセスすることができる。図１～図１１に示す又は説明されているソフトウェア又は構成要素、及び対応するデータは、リモートの場所にあるサーバ上に記憶させることができる。リモートサーバ環境におけるコンピューティングリソースは、リモートのデータセンターの場所に集約させることができ、又は、それらを分散させることもできる。リモートサーバインフラストラクチャは、共有データセンターを通じてサービスを配信することができるが、それらの共有データセンターは、ユーザにとって単一のアクセスポイントとして現れる。それゆえ、本明細書で説明される構成要素及び機能は、リモートサーバアーキテクチャを使用して、リモートの場所のリモートサーバから提供することができる。あるいは、それらは、従来のサーバによって提供されるか、クライアントデバイス上に直接インストールされるか、又は他の方式で提供することもできる。
【0107】
図１２に示す実施例では、いくつかの項目は、前出の図に示すものと同様である。図１２は、プロセスマッピングシステム１２１０をリモートのサーバの場所１２０２に配置することができることを、具体的に示す。したがって、コンピューティングデバイス１２２０は、それらのシステムに、リモートサーバの場所１２０２を通じてアクセスする。オペレータ１２５０は、コンピューティングデバイス１２２０を使用して、ユーザインタフェース１２２２にもアクセスすることができる。
【0108】
図１２は、リモートサーバの場所１２０２に、本明細書で説明されるシステムのいくつかの要素が配置される一方で、他の要素は配置されないこともまた想到されることを示す。例として、記憶域１２３０、１２４０、若しくは１２６０、又はロボット補修システム１２７０を、場所１２０２とは別個の場所に配置して、場所１２０２のリモートサーバを介してアクセスすることができる。それらが位置している場所に関わりなく、それらは、ネットワーク（ワイドエリアネットワーク又はローカルエリアネットワークのいずれか）を介して、コンピューティングデバイス１２２０によって直接アクセスすることができ、サービスによってリモートサイトでホストすることができ、サービスとして提供することができ、又は、リモートの場所に存在する接続サービスによってアクセスすることができる。また、データも、実質的に任意の場所に記憶させることができ、断続的に関係者によってアクセスされるか、又は関係者に転送することができる。例えば、電磁波キャリアの代わりに、又はそれに加えて、物理的キャリアを使用することができる。
【0109】
また、本明細書で説明されるシステムの要素、又はそれらの一部分を、多種多様な異なるデバイス上に配置することができる点にも留意されたい。それらのデバイスのうちの一部としては、サーバ、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、組み込み型コンピュータ、産業用コントローラ、タブレットコンピュータ、あるいは、パームトップコンピュータ、携帯電話、スマートフォン、マルチメディアプレーヤ、パーソナルデジタルアシスタントなどの他のモバイルデバイスが挙げられる。
【0110】
【0111】
図１３は、本システム（又は、その一部）を展開することが可能な、（例えば、図１２のコンピューティングデバイス１２２０のような）ユーザ又はクライアントのハンドヘルドデバイス１３１６として使用することが可能な、ハンドヘルド又はモバイルコンピューティングデバイスの、例示的な一実施例の簡略ブロック図である。例えば、モバイルデバイスを、データの生成、処理、又は表示に使用するために、コンピューティングデバイス１２２０のオペレータコンパートメント内に展開することができる。図１４０は、ハンドヘルドデバイス又はモバイルデバイスの別の実施例である。
【0112】
図１３は、本明細書で示され説明される、いくつかの構成要素を実行することが可能な、クライアントデバイス１３１６の構成要素の概略ブロック図を提供する。クライアントデバイス１３１６は、それらと相互作用するか、又は、一部を実行して一部と相互作用する。デバイス１３１６には、他のコンピューティングデバイスとハンドヘルドデバイスが通信することを可能にし、いくつかの実施形態の下では、走査などによって、自動的に情報を受信するためのチャネルを提供する、通信リンク１３１３が設けられている。通信リンク１３１３の例としては、ネットワークへのセルラアクセスを提供するために使用される無線サービス、並びに、ネットワークへのローカル無線接続を提供するプロトコルなどの、１つ以上の通信プロトコルを介した通信を可能にすることが挙げられる。
【0113】
他の実施例では、インタフェース１３１５に接続される取り外し可能なセキュアデジタル（Secure Digital；ＳＤ）カード上に、アプリケーションを受信することができる。インタフェース１３１５及び通信リンク１３１３は、メモリ１３２１及び入出力（Ｉ／Ｏ）構成要素１３２３、並びにクロック１３２５及び位置情報システム１３２７にも接続されている、バス１３１９に沿って、プロセッサ１３１７（プロセッサを具現化することも可能なもの）と通信する。
【0114】
Ｉ／Ｏ構成要素１３２３は、一実施形態では、入力操作及び出力操作を容易にするために設けられており、デバイス１３１６は、ボタン、タッチセンサ、光学センサ、マイクロフォン、タッチスクリーン、近接センサ、加速度計、方位センサなどの入力構成要素と、表示デバイス、スピーカ、及び／又はプリンタポートなどの出力構成要素とを含み得る。他のＩ／Ｏ構成要素１３２３も同様に使用することができる。
【0115】
クロック１３２５は、例示的に、時刻及び日付を出力するリアルタイムクロック構成要素を含む。また、プロセッサ１３１７にタイミング機能を提供することもできる。
【0116】
例示的に、位置情報システム１３２７は、デバイス１３１６の現在の地理的位置を出力する構成要素を含む。これには、例えば、全地球測位システム（global positioning system；ＧＰＳ）受信機、ＬＯＲＡＮシステム、推測航法システム、セルラ三角測量システム、又は他の測位システムを含めることができる。また、例えば、所望の地図、ナビゲーション経路、及び他の地理的機能を生成する、マッピングソフトウェア若しくはナビゲーションソフトウェアも含めることができる。
【0117】
メモリ１３２１は、オペレーティングシステム１３２９、ネットワーク設定１３３１、アプリケーション１３３３、アプリケーション構成設定１３３５、データ記憶１３３７、通信ドライバ１３３９、及び通信構成設定１３４１を記憶する。メモリ１３２１は、全てのタイプの、有形の揮発性コンピュータ可読メモリ及び不揮発性コンピュータ可読メモリデバイスを含み得る。また、コンピュータ記憶媒体（以下で説明）も含み得る。メモリ１３２１は、コンピュータ可読命令を記憶しており、このコンピュータ可読命令は、プロセッサ１３１７によって実行されると、そのプロセッサに、命令に従ってコンピュータにより実装されるステップ又は機能を実行させる。プロセッサ１３１７は、他の構成要素によってアクティブにされて、それらの機能を促進することもできる。
【0118】
図１４は、デバイスがスマートフォン１４０１であり得ることを示す。スマートフォン１４７１は、アイコン若しくはタイル又は他のユーザ入力機構１４７５を表示する、タッチ感知ディスプレイ１４７３を有する。機構１４７５は、アプリケーションを実行すること、電話をかけること、データ転送操作を実行することなどのために、ユーザによって使用され得る。一般に、スマートフォン１４７１は、モバイルオペレーティングシステム上に構築されており、フィーチャーフォンよりも高度なコンピューティング能力及び接続性を提供する。
【0119】
デバイス１４１６の他の形態が可能であることに留意されたい。
【0120】
図１５は、先行の図に示す実施形態において使用することが可能な、コンピューティング環境のブロック図である。
【0121】
図１５は、本明細書で説明されるシステム及び方法の要素、又は（例えば）それらの一部を展開することが可能な、コンピューティング環境の一実施例である。図１５を参照すると、いくつかの実施形態を実装するための例示的システムは、コンピュータ１５１０の形態の汎用コンピューティングデバイスを含む。コンピュータ１５１０の構成要素は、限定するものではないが、（プロセッサを含み得る）処理ユニット１５２０と、システムメモリ１５３０と、そのシステムメモリを含めた様々なシステム構成要素を処理ユニット１５２０に結合する、システムバス１５２１とを含み得る。システムバス１５２１は、様々なバスアーキテクチャのうちのいずれかを使用する、メモリバス若しくはメモリコントローラ、周辺バス、及びローカルバスを含めた、いくつかのタイプのバス構造のうちのいずれかとすることができる。本明細書で説明されるシステム及び方法に関して説明された、メモリ及びプログラムを、図１５の対応する部分に展開することができる。
【0122】
コンピュータ１５１０は、典型的には、様々なコンピュータ可読媒体を含む。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ１５１０によってアクセスすることが可能な、任意の利用可能な媒体とすることができ、揮発性／不揮発性媒体及び取り外し可能／取り外し不可能な媒体の双方を含む。例として、限定するものではないが、コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記憶媒体及び通信媒体を含み得る。コンピュータ記憶媒体は、変調データ信号又は搬送波とは異なるものであり、それらを含むものではない。コンピュータ記憶媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、若しくは他のデータなどの情報を記憶するための、任意の方法又は技術で実装されている、揮発性／不揮発性の取り外し可能／取り外し不可能な媒体の双方を含めた、ハードウェア記憶媒体を含む。コンピュータ記憶媒体は、限定するものではないが、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、若しくは他のメモリ技術、ＣＤ－ＲＯＭ、デジタル多用途ディスク（digital versatile disk；ＤＶＤ）、若しくは他の光ディスク記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置、若しくは他の磁気記憶デバイス、又は、所望の情報を記憶するために使用することが可能であり、コンピュータ１５１０によってアクセスすることが可能な、任意の他の媒体を含む。通信媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、又は他のデータを、移送機構において具現化することができ、任意の情報配信媒体を含む。用語「変調データ信号」とは、その特性のうちの１つ以上が、信号内の情報を符号化するような方式で設定又は変更されている、信号を意味する。
【0123】
システムメモリ１５３０は、読み取り専用メモリ（read only memory；ＲＯＭ）１５３１及びランダムアクセスメモリ（random access memory；ＲＡＭ）１５３２などの、揮発性及び／又は不揮発性メモリの形態のコンピュータ記憶媒体を含む。起動中などにコンピュータ１５１０内の要素間で情報を転送するために役立つ基本ルーチンを含む、基本入出力システム１５３３（basic input/output system；ＢＩＯＳ）は、典型的にはＲＯＭ１５３１内に記憶されている。ＲＡＭ１５３２は、典型的には、処理ユニット１５２０によって即座にアクセス可能であり、かつ／又は、処理ユニット１５２０上で現在動作されている、データモジュール及び／又はプログラムモジュールを含む。例として、限定するものではないが、図１５は、オペレーティングシステム１５３４、アプリケーションプログラム１５３５、他のプログラムモジュール１５３６、及びプログラムデータ１５３７を示している。
【0124】
コンピュータ１５１０はまた、他の取り外し可能／取り外し不可能な揮発性／不揮発性のコンピュータ記憶媒体も含み得る。単なる例として、図１５は、取り外し不可能な不揮発性磁気媒体から読み取る若しくはそれらに書き込むハードディスクドライブ１５４１、不揮発性磁気ディスク１５５２、光ディスクドライブ１５５５、及び不揮発性光ディスク１５５６を示している。ハードディスクドライブ１５４１は、典型的には、インタフェース１５４０などの取り外し不可能なメモリインタフェースを介してシステムバス１５２１に接続されており、光ディスクドライブ１５５５は、典型的には、インタフェース１５５０などの取り外し可能メモリインタフェースによってシステムバス１５２１に接続されている。
【0125】
あるいは、又は更に、本明細書で説明される機能は、少なくとも部分的に、１つ以上のハードウェア論理構成要素によって実行することができる。例えば、限定するものではないが、使用することが可能なハードウェア論理構成要素の例示的なタイプとしては、フィールドプログラマブルゲートアレイ（Field-programmable Gate Array；ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（例えば、Application-specific Integrated Circuit；ＡＳＩＣ）、特定用途向け標準製品（例えば、Application-specific Standard Product；ＡＳＳＰ）、システムオンチップシステム（System-on-a-chip system；ＳＯＣ）、コンプレックスプログラマブルロジックデバイス（Complex Programmable Logic Device；ＣＰＬＤ）などが挙げられる。
【0126】
上記で論じられ、図１５に示すドライブ、及びそれらの関連のコンピュータ記憶媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、及び、コンピュータ１５１０に関する他のデータの、記憶域を提供する。図１５では、例えば、ハードディスクドライブ１５４１は、オペレーティングシステム１５４４、アプリケーションプログラム１５４５、他のプログラムモジュール１５４６、及びプログラムデータ１５４７を記憶するものとして示されている。これらの構成要素は、オペレーティングシステム１５３４、アプリケーションプログラム１５３５、他のプログラムモジュール１５３６、及びプログラムデータ１５３７と同じもの、又は異なるもの、のいずれかとすることができることに留意されたい。
【0127】
ユーザは、キーボード１５６２、マイクロフォン１５６３、及び、マウス、トラックボール、若しくはタッチパッドなどのポインティングデバイス１５６１などの、入力デバイスを介して、コンピュータ１５１０にコマンド及び情報を入力することができる。他の入力デバイス（図示せず）としては、ジョイスティック、ゲームパッド、衛星受信機、スキャナなどを挙げることができる。これらの入力デバイス及び他の入力デバイスは、多くの場合、システムバスに結合されているユーザ入力インタフェース１５６０を介して処理ユニット１５２０に接続されているが、他のインタフェース及びバス構造によって接続され得る。視覚的ディスプレイ１５９１又は他のタイプの表示デバイスもまた、ビデオインタフェース１５９０などのインタフェースを介して、システムバス１５２１に接続されている。モニタに加えて、コンピュータはまた、出力周辺インタフェース１５９５を介して接続することが可能な、スピーカ１５９７及びプリンタ１５９６などの、他の周辺出力デバイスも含み得る。
【0128】
コンピュータ１５１０は、リモートコンピュータ１５８０などの１つ以上のリモートコンピュータへの、ローカルエリアネットワーク（Local Area Network；ＬＡＮ）又はワイドエリアネットワーク（Wide Area Network；ＷＡＮ）などの論理接続を使用して、ネットワーク化された環境において動作される。
【0129】
ＬＡＮネットワーク環境において使用される場合、コンピュータ１５１０は、ネットワークインタフェース又はアダプタ１５７０を介して、ＬＡＮ１５７１に接続される。ＷＡＮネットワーク環境において使用される場合、コンピュータ１５１０は、典型的には、インターネットなどのＷＡＮ１５７３を介した通信を確立するための、モデム１５７２又は他の手段を含む。ネットワーク化された環境においては、プログラムモジュールは、リモートのメモリ記憶デバイス内に記憶させることができる。図１５は、例えば、リモートコンピュータ１５８０上に、リモートのアプリケーションプログラム１５８５が存在し得ることを示している。
【0130】
ワーク表面の領域内の複数のエリアについてのサンプリング情報を受信する表面検査システムを含む、ロボットシステムが提示される。本システムはまた、表面係合ツールに結合されたロボットアームを含み、このロボット補修アームは、表面処理ツールをワーク表面の領域に係合させるように構成される。本システムはまた、サンプリング情報に基づいて、ワーク表面の領域の表面トポグラフィを近似し、軌道を含む、近似された表面トポグラフィに基づいて、その領域のための表面処理計画を生成するように構成された、プロセスマッピングシステムを含む。表面処理計画は、軌道に沿った力プロファイル、軌道に沿った表面係合ツールの速度プロファイル、軌道に沿った表面係合ツールの回転速度プロファイル、及び近似された表面トポグラフィにおいて識別された表面特徴部の存在を考慮した軌道修正のうちの１つを含む。プロセスマッピングシステムはまた、表面処理計画を含む、ロボットアームのための制御信号を生成するように構成される。
【0131】
本システムは、表面処理計画が、近似された表面トポグラフィにおいて識別された表面特徴部の存在を考慮した軌道修正を含むように実装されてもよく、表面特徴部は、領域内に凹面、凸面、又は縁部を含む。
【0132】
本システムは、表面処理計画が、軌道に沿った表面係合ツールの迎え角プロファイルを含むように実装されてもよい。
【0133】
本システムは、表面処理計画が、近似された表面トポグラフィにおいて識別された表面特徴部の存在を考慮した軌道修正を含むように実装されてもよい。軌道修正は、軌道テンプレートの同相変換を含む。
【0134】
本システムは、表面処理計画が、近似された表面トポグラフィにおいて識別された表面特徴部の存在を考慮した軌道修正を含むように実装されてもよい。軌道修正は、不連続軌道を含む。
【0135】
本システムは、不連続軌道が、識別された表面特徴部を飛び越えるように実装されてもよい。
【0136】
本システムは、変換が、識別された表面特徴部にわたって軌道を伸張させるように実装されてもよい。
【0137】
本システムは、変換が、識別された表面特徴部から離れるように軌道を移動させるように実装されてもよい。
【0138】
本システムは、軌道が、形状を有する外周を有し、変換が、その形状を変化させるように実装されてもよい。
【0139】
本システムは、形状が、第１の形状から第２の形状に伸張されるように実装されてもよい。
【0140】
本システムは、形状が、第１の形状から第２の形状に圧縮されるように実装されてもよい。
【0141】
本システムは、形状の一部が圧縮されるように実装されてもよい。
【0142】
本システムは、圧縮が、識別された表面特徴部を避けるように実装されてもよい。
【0143】
本システムは、圧縮が、識別された表面特徴部の周りの境界を避けるように実装されてもよい。
【0144】
本システムは、形状の一部が伸張されるように実装されてもよい。
【0145】
本システムは、伸張が、識別された表面特徴部にわたって延びるように実装されてもよい。
【0146】
本システムは、ワーク表面が乗物であるように実装されてもよい。
【0147】
本システムは、表面検査システムがビジョンシステムを含むように実装されてもよい。
【0148】
本システムは、ビジョンシステムがカメラを含むように実装されてもよい。
【0149】
本システムは、領域が欠陥を含み、表面係合ツールが材料除去ツールであるように実装されてもよい。
【0150】
本システムは、表面処理ツールが、サンダー又は研磨ツールであるように実装されてもよい。
【0151】
本システムは、表面処理計画が、近似された表面トポグラフィにおいて識別された表面特徴部の存在を考慮した軌道修正を含むように実装されてもよく、プロセスマッピングシステムが、表面特徴部を、領域内のサンプリングエリアのそれぞれをマッピングし、領域内のサンプリングエリアのそれぞれにおける曲率を近似し、サンプリングエリアのそれぞれにおいて近似された曲率の導関数を計算し、導関数の計算に基づいて、領域内の表面特徴部を識別することによって、識別する。
【0152】
本システムは、軌道が、領域を通る一連のウェイポイントを含むように実装されてもよい。
【0153】
本システムは、軌道のテンプレートが、欠陥サイズ、欠陥位置、欠陥タイプ、又は欠陥重症度に基づいて選択されるように実装されてもよい。
【0154】
本システムは、表面処理計画が、近似された表面トポグラフィにおいて識別された表面特徴部の存在を考慮した軌道修正を含むように実装されてもよく、軌道修正は、識別された表面特徴部に基づく。
【0155】
本システムは、軌道が、伸張又は圧縮されるように実装されてもよい。
【0156】
本システムは、軌道形状が、円、楕円、ロゼット、螺旋、又は内トロコイドであるように実装されてもよい。
【0157】
本システムは、軌道が、比例的に拡大又は縮小されるように実装されてもよい。
【0158】
本システムは、軌道修正が、修正されたツール力、ディスク速度、又はツール速度を含むように実装されてもよい。
【0159】
ロボットアームが、制御信号を実行し、軌道をたどる、請求項１に記載のシステム。
【0160】
近似された曲率が、多項式近似、スプライン曲面、又はサポートベクトルマシンである、請求項２２に記載のシステム。
【0161】
本システムは、近似された曲率が、多項式パッチを含む多項式近似であるように実装されてもよい。
【0162】
本システムは、表面処理計画が、近似された表面トポグラフィにおいて識別された表面特徴部の存在を考慮した軌道修正を含むように実装されてもよく、軌道修正は、表面トポグラフィ内の識別された表面境界の片側に位置するように軌道テンプレート境界をマッピングすることと、マッピングされた軌道を補間することと、マッピングされた軌道から複数のウェイポイントをマッピングすることと、を含む。
【0163】
本システムは、マッピングが、スプラインを複数のウェイポイントにフィッティングして、連続経路を作成することを含むように実装されてもよい。
【0164】
本システムは、補間が、Ｂスプライン補間、二次補間、三次補間、五次補間、ＮＵＲＢ補間、区分的連続スプライン補間、ポリチェーン補間を含むように実装されてもよい。
【0165】
本システムはまた、平滑化工程を含んでもよい。
【0166】
本システムは、平滑化工程が、ガウスフィルタを適用するように実装されてもよい。
【0167】
本システムは、第２の平滑化が適用されるように実装されてもよく、第２の平滑化は、マッピングされた軌道に逆ベル曲線を乗算することを含む。
【0168】
本システムは、識別された表面境界が、制約特徴部であるように実装されてもよい。
【0169】
本システムは、識別された表面境界が、表面特徴部、及び表面特徴部からのバッファ空間を含むように実装されてもよい。
【0170】
本システムは、軌道テンプレートが外周を有し、軌道テンプレートをマッピングすることが、識別された表面境界にその外周をマッピングすることを含むように実装されてもよい。
【0171】
本システムは、表面処理計画が、近似された表面トポグラフィにおいて識別された表面特徴部の存在を考慮した軌道修正を含むように実装されてもよく、表面特徴部を識別することは、エネルギー最小化方法を含む。
【0172】
本システムは、エネルギー最小化法が、ポテンシャル場法、ａ、又はスネーク補間を含むように実装されてもよい。
【0173】
本システムは、その方法が動的エネルギー最小化平滑化工程を含み、動的エネルギー最小化平滑化工程中に、表面特徴部の境界を越えるとペナルティが割り当てられるように実装されてもよい。
【0174】
ワーク表面の表面トポグラフィを受信する表面サンプリング受信器と、ワーク表面上の欠陥の表示を受信する欠陥表示受信器と、ロボット補修ユニットについてのパラメータ制約を受信するプロセス制約受信器と、軌道テンプレートを修正する軌道修正器とを含む、ワーク表面上の欠陥の補修計画生成システムが提示される。軌道修正器は、表面トポグラフィに基づいて、軌道テンプレートを変換軌道に変換する変換器を含む。本システムはまた、変換軌道に基づいて補修計画を生成し、変換軌道に沿ってプロセス条件を設定することを含む補修計画生成器を含む。補修計画生成器は、ワーク表面ヘのツールの印加力を設定する力調整器と、ツールがワーク表面を横切って移動する速度を設定する速度調整器と、ツールの回転速度を設定するツール速度調整器と、生成された補修計画をロボットコントローラに通信する制御信号生成器であって、ロボットコントローラが、補修計画を自動的に実施し、補修計画に基づいて欠陥補修を完了する、制御信号生成器と、を含む。
【0175】
本システムは、変換軌道が境界によって表面特徴部から間隔が空けられるように実装されてもよい。
【0176】
本システムは、変換軌道が並進されるように実装されてもよい。
【0177】
本システムは、変換された軌道が、欠陥から中心がずれるように実装されてもよい。
【0178】
本システムは、変換器が、表面特徴部を二次元平面に投影し、軌道テンプレートを境界にマッピングし、軌道パラメータを修正することを含めて、マッピングされた軌道テンプレートを変換し、
変換された軌道を表面トポグラフィにマッピングして、変換軌道を得るように実装されてもよい。
変換された軌道を表面トポグラフィにマッピングして、変換軌道を得るように実装されてもよい。
【0179】
本システムは、補間された軌道を平滑化することを含んでもよい。
【0180】
本システムはまた、制約が満たされるまで、補間された軌道を反復的に平滑化することを含んでもよい。
【0181】
本システムは、制約が、表面トポグラフィ内の表面境界であるように実装されてもよい。
【0182】
本システムは、表面特徴部の表示が表面モデル生成器によって生成されるように実装されてもよく、表面モデル生成器が、近似を使用して複数の表面サンプルのそれぞれにおける表面を近似する表面近似器と、複数の表面サンプルのそれぞれにおける曲率及び曲率の導関数を近似する曲率近似器と、表面サンプルのそれぞれにおける曲率近似の導関数に基づいて、曲率０の点を表面特徴部として識別する特徴部検出器と、を含む。
【0183】
本システムは、複数の表面サンプルが、ＣＡＤモデルから受信されるように実装されてもよい。
【0184】
本システムは、複数の表面サンプルが表面測定システムから受信されるように実装されてもよい。
【0185】
本システムは、表面測定システムがカメラを含むように実装されてもよい。
【0186】
本システムは、近似が多項式近似であるように実装されてもよい。
【0187】
本システムは、多項式近似が三次多項式であるように実装されてもよい。
【0188】
本システムは、複数の表面サンプルが、欠陥の半径内になるように実装されてもよい。
【0189】
本システムは、ワーク表面が乗物表面であり、表面特徴部が、欠陥に近接する車両表面上の凹面、凸面、又は縁部であるように実装されてもよい。
【0190】
本システムは、複数の表面サンプルが、ワーク表面を撮像するビジョンシステムから受信されるように実装されてもよい。
【0191】
本システムはまた、ツールの迎え角を設定する迎え角調整器を含んでもよい。
【0192】
本システムは、修正された軌道が不連続軌道を含むように実装されてもよい。
【0193】
本システムは、不連続軌道が、識別された表面特徴部を飛び越えるように実装されてもよい。
【0194】
本システムは、変換が、識別された表面特徴部にわたって軌道を伸張させるように実装されてもよい。
【0195】
本システムは、変換が、識別された表面特徴部から離れるように軌道を移動させるように実装されてもよい。
【0196】
本システムは、軌道が、形状を有する外周を有し、変換が、その形状を変化させるように実装されてもよい。
【0197】
本システムは、形状が、第１の形状から第２の形状に伸張されるように実装されてもよい。
【0198】
本システムは、形状が、第１の形状から第２の形状に圧縮されるように実装されてもよい。
【0199】
本システムは、形状の一部が圧縮されるように実装されてもよい。
【0200】
本システムは、圧縮が、識別された表面特徴部を避けるように実装されてもよい。
【0201】
本システムは、圧縮が、識別された表面特徴部の周りの境界を避けるように実装されてもよい。
【0202】
本システムは、形状の一部が伸張されるように実装されてもよい。
【0203】
本システムは、伸張が、識別された表面特徴部にわたって延びるように実装されてもよい。
【0204】
本システムは、ワーク表面が乗物であるように実装されてもよい。
【0205】
本システムは、表面サンプリング受信器が、ビジョンシステムから表面サンプルを受信するように実装されてもよい。
【0206】
本システムは、ビジョンシステムがカメラを含むように実装されてもよい。
【0207】
本ロボットシステムは、ツールが、サンダー又は研磨ツールであるように実装されてもよい。
【0208】
本システムは、軌道テンプレートが、欠陥サイズ、欠陥位置、欠陥タイプ、又は欠陥重症度に基づいて選択されるように実装されてもよい。
【0209】
本システムは、軌道テンプレートが形状を有し、形状が、円、楕円、ロゼット、螺旋、又は内トロコイドであるように実装されてもよい。
【0210】
本システムは、軌道を修正することが、軌道テンプレート境界を表面トポグラフィ内の識別された表面境界の片側に位置するようにマッピングすることと、マッピングされた軌道を補間することと、マッピングされた軌道から複数のウェイポイントをマッピングすることと、を含むように実装されてもよい。
【0211】
本システムは、マッピングが、スプラインを複数のウェイポイントにフィッティングして、連続経路を作成することを含むように実装されてもよい。
【0212】
本システムは、補間が、Ｂスプライン補間、二次補間、三次補間、五次補間、ＮＵＲＢ補間、区分的連続スプライン補間、ポリチェーン補間を含むように実装されてもよい。
【0213】
本システムはまた、平滑化工程を含んでもよい。
【0214】
本システムは、平滑化工程が、ガウスフィルタを適用するように実装されてもよい。
【0215】
本システムは、第２の平滑化が適用されるように実装されてもよく、第２の平滑化は、マッピングされた軌道に逆ベル曲線を乗算することを含む。
【0216】
本システムは、識別された表面境界が、制約特徴部であるように実装されてもよい。
【0217】
本システムは、識別された表面境界が、表面特徴部及び表面特徴部からのバッファ空間を含むように実装されてもよい。
【0218】
本システムは、表面を近似することが、エネルギー最小化法を含むように実装されてもよい。
【0219】
本システムは、エネルギー最小化方法が、ポテンシャル場法又はスネーク補間を含むように実装されてもよい。
【0220】
本システムは、その方法が動的エネルギー最小化平滑化工程を含み、動的エネルギー最小化平滑化工程中に、表面特徴部の境界を越えるとペナルティが割り当てられるように実装されてもよい。
【0221】
本システムは、近似が、多項式近似、スプライン曲面、又はサポートベクトルマシンであるように実装されてもよい。
【0222】
本システムは、多項式近似が、多項式パッチを含むように実装されてもよい。
【0223】
ワーク表面から材料を除去する方法が提示され、この方法は、材料除去のためのワーク表面上のターゲットエリアを識別する工程と、ワーク表面上のターゲットエリアの周りの表面をサンプリングする工程と、表面をモデル化し、モデルに基づいて、表面トポグラフィを検出する工程と、検出された表面トポグラフィに基づいて、変換器を使用して、表面処理軌道を修正する工程であって、変換された表面処理軌道が、一連のウェイポイントを通る連続曲線を含む、工程と、ウェイポイントのそれぞれにおいて、印加力、速度、ツールの回転ツール速度、及びワーク表面に対するツール角度を含む補修計画を生成する工程と、を含む。本方法はまた、ロボット材料除去システムに制御信号を送信することを含み、制御信号が、補修計画を含む。
【0224】
本方法は、変換器が、表面処理軌道を二次元平面に投影し、表面処理軌道を表面トポグラフィ内の表面境界にマッピングし、マッピングされた表面処理軌道を変換し、補間された軌道をワーク表面の表面トポグラフィにマッピングして、変換された表面処理軌道を取得することによって、表面処理軌道を変換するように実装されてもよい。
【0225】
本方法はまた、マッピングされた表面処理軌道を平滑化することを含んでもよい。
【0226】
本方法は、平滑化することが、ガウスフィルタを適用することを含むように実装されてもよい。
【0227】
本方法は、補間が、線形補間を適用することを含むように実装されてもよい。
【0228】
本方法は、線形補間が、Ｂスプライン補間、二次補間、三次補間、五次補間、ＮＵＲＢ補間、区分的連続スプライン補間、ポリチェーン補間を含むように実装されてもよい。
【0229】
本方法は、表面をモデル化する工程が、複数のサンプリングされた表面位置のそれぞれにおいて表面を近似する工程と、サンプリングされた表面位置のそれぞれにおいて曲率を近似する工程と、近似された曲率の導関数に基づいて表面特徴部を検出する工程と、を含むように実装されてもよい。
【0230】
本方法は、表面近似が、多項式近似、線形回帰近似、又は最小二乗近似であるように実装されてもよい。
【0231】
本方法は、ターゲットエリアが欠陥を含むように実装されてもよい。
【0232】
本方法は、ワーク表面が乗物を含むように実装されてもよい。
【0233】
本方法は、表面をサンプリングする工程が、表面を撮像するビジョンシステムを含むように実装されてもよい。
【0234】
本方法は、ビジョンシステムがカメラを含むように実装されてもよい。
【0235】
本方法は、表面処理軌道が、ターゲットエリアを通る移動経路を含むように実装されてもよい。
【0236】
本方法は、ウェイポイントのそれぞれにおける印加力が、表面トポグラフィに基づいて力修正器によって修正された修正印加力であるように実装されてもよい。
【0237】
本方法は、ウェイポイントのそれぞれにおける速度が、表面トポグラフィに基づいて速度修正器によって修正された修正速度であるように実装されてもよい。
【0238】
本方法は、ウェイポイントのそれぞれにおける回転ツール速度が、表面トポグラフィに基づいて回転ツール速度修正器によって修正された修正回転ツール速度であるように実装されてもよい。
【0239】
本方法は、ウェイポイントのそれぞれにおけるツール角度が、表面トポグラフィに基づいてツール角度修正器によって修正された修正ツール角度であるように実装されてもよい。
【0240】
本方法は、表面処理軌道を修正する工程が、軌道テンプレートの同相変換を含むように実装されてもよい。
【0241】
本方法は、修正された軌道が不連続軌道を含むように実装されてもよい。
【0242】
本方法は、不連続軌道が、識別された表面特徴部を飛び越えるように実装されてもよい。
【0243】
本方法は、変換が、識別された表面特徴部にわたって軌道を伸張させるように実装されてもよい。
【0244】
本方法は、変換が、識別された表面特徴部から離れるように軌道を移動させるように実施されてもよい。
【0245】
本方法は、軌道が、形状を有する外周を有し、変換が、その形状を変化させるように実装されてもよい。
【0246】
本方法は、形状が、第１の形状から第２の形状に伸張されるように実装されてもよい。
【0247】
本方法は、形状が、第１の形状から第２の形状に圧縮されるように実装されてもよい。
【0248】
本方法は、形状の一部が圧縮されるように実装されてもよい。
【0249】
本方法は、圧縮が、識別された表面特徴部を避けるように実施されてもよい。
【0250】
本方法は、圧縮が、識別された表面特徴部の周りの境界を避けるように実装されてもよい。
【0251】
本方法は、形状の一部が伸張されるように実装されてもよい。
【0252】
本方法は、伸張が、識別された表面特徴部にわたって延びるように実装されてもよい。
【0253】
本方法は、形状が、円、楕円、ロゼット、螺旋、又は内トロコイドであるように実装されてもよい。
【0254】
本方法は、軌道テンプレートが、欠陥サイズ、欠陥位置、欠陥タイプ、又は欠陥重症度に基づいて選択されるように実装されてもよい。
【0255】
本方法は、軌道が、識別された表面特徴部に基づいて修正されるように実装されてもよい。
【0256】
本方法は、表面近似が、多項式近似、スプライン曲面、又はサポートベクトルマシンであるように実装されてもよい。
【0257】
本方法は、多項式近似が、多項式パッチを含むように実装されてもよい。
【0258】
本方法は、軌道テンプレートが外周を有し、軌道テンプレートをマッピングすることが、識別された表面境界にその外周をマッピングすることを含むように実装されてもよい。
【0259】
本方法は、表面を近似する工程が、エネルギー最小化法を含むように実装されてもよい。
【0260】
本方法は、エネルギー最小化法が、ポテンシャル場法、ａ、又はスネーク補間を含むように実装されてもよい。
【0261】
本方法は、その方法が動的エネルギー最小化平滑化工程を含むように実装されてもよく、動的エネルギー最小化平滑化工程中に、表面特徴部の境界を越えるとペナルティが割り当てられる。
【0262】
本方法は、ツールが、サンダー又は研磨ツールであるように実装されてもよい。
【0263】
ワーク表面の領域内の複数のエリアについてのサンプリング情報を受信して、その領域内の表面トポグラフィを近似する表面検査システムを含む、ロボット表面処理システムが提示される。本システムはまた、表面係合ツールに結合されたロボットアームを含み、このロボット補修アームは、表面処理ツールをワーク表面の領域に接触させるように構成される。本システムはまた、領域内の表面制約特徴部を識別し、軌道を含む、識別された表面制約特徴部に基づいて、領域のための表面処理計画を生成するように構成される、プロセスマッピングシステムを含む。表面処理計画は、軌道に沿った力プロファイル、軌道に沿った表面係合ツールの速度プロファイル、軌道に沿った表面係合ツールの回転速度プロファイル、及び表面制約特徴部を考慮した軌道修正のうちの１つを含む。本システムは、表面処理計画を含む、ロボットアームのための制御信号を生成するように構成される。
【0264】
本システムは、表面処理計画が、軌道に沿った表面係合ツールの迎え角プロファイルを含むように実装されてもよい。
【0265】
本システムは、表面処理計画が、表面制約特徴部を考慮した軌道修正を含むように実装されてもよい。軌道修正は、テンプレート軌道の同相変換を含む。
【0266】
本システムは、表面処理計画が、表面制約特徴部を考慮した軌道修正を含むように実装されてもよい。軌道修正は、不連続軌道を含む。
【0267】
本システムは、不連続軌道が、表面制約特徴部を飛び越えるように実装されてもよい。
【0268】
本システムは、変換が、表面制約特徴部にわたって軌道を伸張させるように実装されてもよい。
【0269】
本システムは、変換が、表面制約特徴部から離れるように軌道を移動させるように実装されてもよい。
【0270】
本システムは、テンプレート軌道が、形状を有する外周を有し、変換が、その形状を変化させるように実装されてもよい。
【0271】
本システムは、形状が、第１の形状から第２の形状に伸張されるように実装されてもよい。
【0272】
本システムは、形状が、第１の形状から第２の形状に圧縮されるように実装されてもよい。
【0273】
本システムは、形状の一部が圧縮されるように実装されてもよい。
【0274】
本システムは、圧縮が、識別された表面特徴部を避けるように実装されてもよい。
【0275】
本システムは、圧縮が、識別された表面特徴部の周りの境界を避けるように実装されてもよい。
【0276】
本システムは、形状の一部が伸張されるように実装されてもよい。
【0277】
本システムは、伸張が、識別された表面特徴部にわたって延びるように実装されてもよい。
【0278】
本システムは、ワーク表面が乗物であるように実装されてもよい。
【0279】
本システムは、領域が欠陥を含み、表面係合ツールが材料除去ツールであるように実装されてもよい。
【0280】
本システムは、表面処理ツールが、サンダー又は研磨ツールであるように実装されてもよい。
【0281】
本システムは、表面検査システムがビジョンシステムを含むように実装されてもよい。
【0282】
本システムは、ビジョンシステムがカメラを含むように実装されてもよい。
【0283】
本システムは、プロセスマッピングシステムが、領域内のサンプリングエリアのそれぞれを近似し、領域内のサンプリングエリアのそれぞれにおける曲率を近似し、サンプリングエリアのそれぞれにおいて近似された曲率の導関数を計算し、導関数計算に基づいて、領域内の表面制約特徴部を識別することによって、表面制約特徴部を識別するように実装されてもよい。
【0284】
本システムは、軌道が、領域を通る一連のウェイポイントを含むように実装されてもよい。
【0285】
本システムは、テンプレート軌道が、欠陥サイズ、欠陥位置、欠陥タイプ、又は欠陥重症度に基づいて選択されるように実装されてもよい。
【0286】
本システムは、軌道が、識別された表面特徴部に基づいて修正されるように実装されてもよい。
【0287】
本システムは、軌道が、伸張又は圧縮されるように実装されてもよい。
【0288】
本システムは、形状が、円、楕円、ロゼット、螺旋、又は内トロコイドであるように実装されてもよい。
【0289】
本システムは、ロボットアームが、制御信号を実行し、経路をたどるように実装されてもよい。
【0290】
本システムは、サンプリングエリアの近似が、多項式近似であるように実装されてもよい。
【0291】
本システムは、多項式近似が三次多項式であるように実装されてもよい。
【0292】
本システムは、表面処理計画が、表面制約特徴部を考慮した軌道修正を含むように実装されてもよく、軌道修正は、表面トポグラフィ内の識別された表面境界の片側に位置するように軌道テンプレート境界をマッピングすることと、マッピングされた軌道を補間することと、マッピングされた軌道から複数のウェイポイントをマッピングすることとを含む。
【0293】
本システムは、マッピングが、スプラインを複数のウェイポイントにフィッティングして、連続経路を作成することを含むように実装されてもよい。
【0294】
本システムは、補間が、Ｂスプライン補間、二次補間、三次補間、五次補間、ＮＵＲＢ補間、区分的連続スプライン補間、ポリチェーン補間を含むように実装されてもよい。
【0295】
本システムはまた、平滑化工程を含む。
【0296】
本システムは、平滑化工程が、ガウスフィルタを適用するように実装されてもよい。
【0297】
本システムは、第２の平滑化が適用されるように実装されてもよく、第２の平滑化は、マッピングされた軌道に逆ベル曲線を乗算することを含む。
【0298】
本システムは、識別された表面境界が、表面制約特徴部であるように実装されてもよい。
【0299】
本システムは、識別された表面境界が、表面特徴部、及び表面特徴部からのバッファ空間を含むように実装されてもよい。
【0300】
本システムは、軌道テンプレートが外周を有し、軌道テンプレートをマッピングすることが、識別された表面境界にその外周をマッピングすることを含むように実装されてもよい。
【0301】
本システムは、表面制約特徴部を識別することが、エネルギー最小化方法を含むように実装されてもよい。
【0302】
本システムは、エネルギー最小化法が、ポテンシャル場法、ａ、又はスネーク補間を含むように実装されてもよい。
【0303】
本システムは、その方法が動的エネルギー最小化平滑化工程を含み、動的エネルギー最小化平滑化工程中に、表面特徴部の境界を越えるとペナルティが割り当てられるように実装されてもよい。
【実施例】
【0304】
【0305】
例えば、ウェイポイント又はその付近に印加される力は、検出された特徴線１６１０にそのウェイポイントがどれだけ近いかに応じて比例的に縮小されてもよい。この例では、補修中に各ウェイポイントに対して公称力値が選択される（選択された補修テンプレートの一部の可能性もある）。各ウェイポイントから最も近い特徴線までの距離が測定される。所定の距離（図Ｘの拡大縮小境界で示す）内にある特徴点は、比例的に縮小される。この拡大縮小は、図１６Ｂに示すような単純なランプ関数１６５０に従って実行することができる。
【0306】
説明したように、各ウェイポイントにおいて力が割り当てられ、適切に修正されると、それらは補間され、補修中に力ツールが追跡するための連続信号を提供する。この補間は、線形補間、スプライン補間、又は他の方法によって行われてもよい。
【0307】
実施例１は、各ウェイポイントにおいて印加される力を修正するプロセスを示す。このプロセスは、速度、迎え角、ツール回転速度などを含む他の軌道パラメータについて繰り返されてもよい。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図9D】
【図9E】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16A】
【図16B】
【国際調査報告】