KR101031663B1 - 비젼 검사 시스템 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

복합물 아이템을 제조하는 동안 기판에 인가되는 코스 재료는 비젼 어셈블리를 포함하는 시스템에 의해 검사된다. 상기 비젼 어셈블리는, 구역 조명, 라인 생성기, 센서, 및 이미지 프로세서를 포함한다. 상기 구역 조명은 상기 코스 재료의 구역을 조명한다. 상기 라인 생성기는 상기 구역을 가로지르는 한 라인의 조명을 생성한다. 상기 센서는 상기 구역의 이미지를 캡쳐한다. 상기 이미지 프로세서는 상기 이미지를 분석한다. 상기 이미지 프로세서는, 동작중인 상기 구역 조명에 반응하여 상기 코스 재료상의 부스러기를 식별하도록 구성되며, 상기 이미지 프로세서는 동작중인 상기 라인 생성기에 반응하여 배치 왜곡을 식별하도록 구성된다.

Description

비젼 검사 시스템 장치 및 방법{VISION INSPECTION SYSTEM DEVICE AND METHOD}
본 발명은 일반적으로 기계 비젼 검사 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 복합물 재료 배치 시스템(composite material placement system)과 함께 이용되는 기계 비젼 검사 장치에 관한 것이다.
복합물 아이템들은 일반적으로 함께 적층된 재료층들로 구성된다. 이들 층들은 종종 부분 또는 전체 플라이들(partial or full plies)로 언급된다. 이용할 수 있는 재료 폭을 초과하는 구조에 대해, 각 층은 대개 서로의 가장자리 대 가장자리가 연이어 배치되거나 어느 정도 오버랩된 재료들의 일련의 스트립들 또는 코스들(courses)로 이뤄진다. 각 플라이는, 천, 단일 방향 섬유 재료, 금속 호일, 접착성 필름 또는 다양한 다른 구조들 내의 짜여진 섬유(woven fibers)의 형태일 수 있다. 단일 방향 섬유 재료는 종종 "테이프"로 명명된다. 상기 섬유들은 섬유 유리, 그래파이트, 켈버(Kelvar®) 등과 같은 다수의 "인공(man-made)" 또는 자연 재료들 중 어느 것으로부터 만들어질 수 있다.
상기 코스들은 일반적으로 특정 패턴의 도구 또는 상기 형태 상에 놓여진다. 상기 패턴으로부터의 벗어남은 용인할 수 없는 상기 코스들의 오버랩, 갭, 뒤틀림 또는 주름을 야기할 수 있다. 플라이 배치 동안 발생할 수 있는 다른 에러들은, 안감 재료의 조각들 또는 부스러기들(debris)(둥그스럼한 작은 덩이)("blobs")과 같은 외부 물체들이 상기 코스 또는 도구의 표면에 끼게 되는 것을 포함한다. 상기 둥그스럼한 작은 덩이들은 일반적으로 "잔털 뭉치(fuzz balls)" 또는 섬유 뭉치(fiber wads)로 뭉쳐질 수 있는 테이프로부터 당겨진 헝클어진 섬유들 및 수지의 조각들을 포함한다.
이들 및 다른 사례에서, 상기 에러가 다음 플라이의 배치 이전에 발견되어 정정되지 않으면, 완성된 복합물 아이템의 재료 특성이 불리한 영향을 받을 수 있다. 통상적으로, 상기 코스들을 검사하도록 기술자들이 채용되었다. 이는 대개, 검사를 통해 확실히 하고 기술자에 대한 위험을 줄이기 위해 상기 검사가 수행되는 동안 코스 배치를 중단시키는 것을 포함한다. 따라서, 검사는 상기 복합물 아이템의 제작 시간 및 비용을 상당히 증가시킨다. 상기 검사 기술자를 돕기 위한 시도로서, 종래의 기계 비젼 시스템들이 상기 검사 프로세스 내에 이용되어졌다. 그러나, 이들 종래 기계 비젼 시스템들은 다양한 타입의 변형 모두를 식별할 수는 없다. 또한 멀티 헤드 테이프 적층 기계로 현재 달성할 수 있는 레이다운(laydown) 속도로 검사를 할 수도 없다.
따라서, 적어도 어느 정도까지 여기서 기술된 상기 단점들을 극복할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이 바람직하다.
일부 실시예에서, 배치된 플라이들 상의 에러들을 식별하는 방법 및 장치가 제공되는 본 발명에 의해 상당한 정도로 상기 필요성들이 충족된다.
본 발명의 일 실시예는, 복합물 아이템을 제조하는 동안, 기판에 인가되는 코스 재료를 검사하는 시스템에 관한 것이다. 상기 시스템은, 구역 조명(area light), 라인 생성기(line generator), 센서 및 이미지 프로세서를 포함하는 비젼 어셈블리를 포함한다. 상기 구역 조명은 상기 코스 재료의 구역을 조명한다. 상기 라인 생성기는 상기 구역을 가로지르는 한 라인의 조명을 생성한다. 상기 센서는 상기 구역의 이미지를 캡쳐한다. 상기 이미지 프로세서는 상기 이미지를 분석한다. 상기 이미지 프로세서는, 동작중인 상기 구역 조명에 반응하여 상기 코스 재료상의 부스러기들을 식별하도록 구성되고, 상기 이미지 프로세서는 동작중인 상기 라인 생성기에 반응하여 배치 왜곡(aberration)을 식별하도록 구성된다.
본 발명의 다른 실시예는 복합물 아이템을 제조하는 동안 기판(substrate)에 인가되는 코스 재료를 검사하는 장치에 관한 것이다. 상기 장치는, 상기 코스 재료의 구역을 널리 조명하는 수단, 상기 구역을 가로지르는 한 라인의 조명을 생성하는 수단, 상기 구역의 이미지를 캡쳐하는 수단, 및 상기 이미지를 분석하는 수단을 포함한다. 상기 이미지는 상기 구역에 대한 확산되는 조명에 반응하여 상기 코스 재료상의 부스러기들을 식별하기 위해 분석되고, 상기 이미지는 상기 라인 조명에 반응하여 배치 왜곡을 식별하기 위해 분석된다.
본 발명의 또 다른 실시예는 복합물 아이템을 제조하는 동안 기판에 인가되는 코스 재료를 검사하는 방법에 관한 것이다. 본 방법에 있어서, 상기 코스 재료의 구역은 널리 조명되고, 상기 구역을 가로지르는 한 라인의 조명이 생성되며, 상기 구역의 이미지가 캡쳐되고, 상기 이미지는 분석된다. 상기 이미지는 상기 구역에 대한 확산되는 조명에 반응하여 상기 코스 재료상의 부스러기들을 식별하기 위해 분석되고, 상기 이미지는 상기 라인 조명에 반응하여 배치 왜곡을 식별하기 위해 분석된다.
따라서, 본 명세서 내의 본 발명의 상세한 설명이 보다 잘 이해될 수 있고, 해당 분야에 대한 본 발명의 기여가 보다 잘 이해될 수 있도록, 본 발명의 특정 실시예들이 보다 넓게 약술되었다. 물론, 이하에서 기술될 것이고 본 명세서에 첨부된 특허청구범위의 객체를 형성할 본 발명의 추가 실시예들도 있다.
이러한 관점에서, 본 발명의 적어도 하나의 실시예를 상세히 설명하기 전에, 본 발명은 그 응용에 있어서, 이하의 명세서에 기술되거나 도면에 개시된 구성요소들의 배치나 구성의 상세 사항들에 제한되지 않음이 이해되어야 한다.
본 발명은 그러한 기술된 사항들에 더하여 실시예를 제시하는 것이 가능하며, 다양한 방법으로 실시되고 수행될 수 있다. 또한, 요약서뿐만 아니라 본 명세서 내에 채용된 표현 및 용어는 설명을 목적으로 한 것으로서 본 발명을 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 것이 이해되어야 한다.
그와 같이, 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명이 기초하고 있는 개념이 쉽게, 본 발명의 일부 목적들을 수행하기 위한 다른 구조들, 방법들 및 시스템들을 설계하는 기초로서 이용될 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 특허청구범위는, 본 발명의 범위 및 사상을 벗어나지 않는 한에 있어서는, 그러한 동등한 구성들을 포함하는 것으로 간주되어야 한다는 것이 중요하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 멀티 헤드 테이프 적층 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 상기 멀티 헤드 테이프 적층 시스템의 사시도이다.
도 3은 도 1의 상기 멀티 헤드 테이프 적층 시스템과 이용하기에 적합한 헤드 및 비젼 어셈블리의 측면도이다.
도 4는 도 1의 멀티 헤드 테이프 적층 시스템과 이용하기에 적합한 헤드 및 비젼 어셈블리의 후면도이다.
도 5는 도 1의 멀티 헤드 테이프 적층 시스템과 이용하기에 적합한 비젼 컨트롤러의 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 방법의 단계들을 나타낸 흐름도이다.
본 발명은, 여러 실시예에서, 복합물 배치 장치를 위한, 제조과정의, 기계 비젼 검사 시스템 및 상기 시스템을 이용한 방법을 제공한다. 다양한 실시예에서, 상기 시스템은, 예를 들어, 섬유 자동화 본딩 장치(automated fiber placement machine)(이하, AFP), 플랫 테이프 적층 장치(flat tape lamination machine)(이하, FTLM), 수치 제어 윤곽 테이프 적층 장치(numerically controlled contoured tape lamination machine)(이하, NCCTLM), 멀티 헤드 테이프 적층 장치(multi-head tape lamination machine, MHTLM) 등과 같은 자동화 적층 장치와의 이용에 적합하 다. 상기 자동화 적층 장치는 일반적으로, 복합물 아이템을 제조하기 위한 도구, 레이업(layup) 몰드, 또는 맨드릴(mandrel) 상에 복합물 재료의 플라이들을 배치하는 적어도 하나의 배치 헤드 또는 "헤드"를 포함한다. 상기 멀티 헤드 테이프 적층 장치는 복수의 그러한 헤드들을 포함한다. 일실시예에서, 상기 시스템은 상기 멀티 헤드 테이프 적층 장치의 각 디스펜싱 헤드(dispensing head)와 연결된 기계 비젼 검사 어셈블리를 포함한다.
본 발명은 지금부터, 같은 부품에 대해 같은 참조 부호를 사용한 도면들을 참고하여 설명될 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에서 이용되기에 적합한 멀티 헤드 테이프 적층 시스템("MHTLS")(10)은, 멀티 헤드 테이프 적층 장치("MHTLM")(12) 및 기계 비젼 검사 시스템("MVIS")(14)을 포함한다. 상기 멀티 헤드 테이프 적층 장치(12)는 기판(22)상에 코스(20)를 배치하기 위해(도 2에 도시) 하나 또는 그 이상의 헤드들(16a~16n)을 포함한다. 상기 기판(22)은 맨드릴(24) 및/또는 이전에 배치된 모든 코스(20)의 표면을 포함한다. 이러한 방식으로 상기 기판(22) 상에 코스(20)를 배치함에 의해, 아이템(26)이 생성된다. 더욱이, 상기 멀티 헤드 테이프 적층 장치(12)는, 포지셔닝 장치(30) 및/또는 드라이브 장치(32)를 제어하는 컨트롤러(28)를 포함한다. 상기 포지셔닝 장치(30)는 상기 헤드들(16a~16n)을 상기 기판(22)에 대해 배치한다. 상기 드라이브 장치(32)는 상기 기판(22)이 고정된 맨드릴(24)을 회전시키거나 상기 맨드릴(24)의 위치를 잡는다.
상기 기계 비젼 검사 시스템(14)은 적어도 하나의 비젼 어셈블리(34a~34n) 및 비젼 컨트롤러(36)를 포함한다. 일실시예에서, 상기 헤드들(16a~16n)의 각각은 각 비젼 어셈블리(34a~34n)를 포함한다. 여기서 기술된 바와 같이, 상기 비젼 어셈블리(34a~34n)는 상기 배치된 코스(20)를 검사(38)하도록 구성된다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 상기 멀티 헤드 테이프 적층 장치(12)의 사시도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 멀티 헤드 테이프 적층 장치(12)는 상기 기판(22)에 대해 상기 배치 헤드들(16a~16d)을 위치시키는 프레임(40)을 포함한다. 상기 프레임(40) 및 기판(22)은 서로에 대해 A 및 B 방향으로 움직이도록 구성된다. 이러한 방식으로, 상기 배치 헤드들(16a~16d)의 일부 또는 전부가 상기 기판(22) 상에 각 복합물 테이프 스트립들 또는 코스(20)들을 배치하도록 구성된다. 각 코스(20)는 상기 아이템(26)을 제작하기에 적합한 모든 재료를 포함한다. 적합한 재료들의 예는 금속 호일(foil), 필름, 섬유 등을 포함한다. 이들 재료들은 수지로 스며들게 하거나(impregnated) 코팅될 수 있다. 구체적인 예로서, 상기 코스(20)는 열경화성 수지로 미리 스며들도록 한 탄소 섬유를 포함한다. 다른 예에서, 상기 코스(20)는 수지로 코팅된 티타늄 호일을 포함한다. 상기 복합물 아이템(26)은, 상기 코스(20)로 제작될 수 있는 모든 적합한 아이템 또는 부품을 포함한다. 특정 예들은 항공기용 날개 및 동체 부품들을 포함한다. 다른 예들은 자동차 또는 트럭 몸체 및 프레임용 부재 및 다양한 다른 소비자용 제품들을 포함한다.
상기 아이템(26)의 제조에 채용된 헤드들(16a~16n)의 수를 증가시키는 것은 제작 속도를 증가시킨다. 따라서, 헤드들(16a~16n)의 수를 증가시킴에 의해, 상기 아이템(26)은 보다 적은 시간으로 및/또는 보다 경제적으로 제작될 수 있다. 그러 나, 상기 코스(20)를 배치하는 동안, 상기 헤드(16a)는 모든 적합한 수의 축들에 대해 피벗하도록 동작할 수 있다. 예를 들어, 상기 헤드(16a)는, 제작되는 아이템(26)의 형태에 따라, 1 내지 6개의 축들 또는 더 많은 수의 축들에 대해 피벗할 수 있다. 그와 같이, 너무 많은 헤드들(16a~16n)이 상기 프레임(40) 상에 배치되는 경우, 상기 헤드들(16a~16n)은 서로 간섭될 수 있다. 이에, 상기 멀티 헤드 테이프 적층 시스템(10)은, 각 헤드들(16a~16n)에 대한 각 동작 엔벌럽(operational envelop)(42a~42n)을 포함한다. 간략하게 하기 위해, 상기 동작 엔벌럽(42a)이 여기서 기술될 것이며, 상기 동작 엔벌럽(42b~42n)들은 유사한 성격임이 이해되어야 한다. 상기 동작 엔벌럽(42a)은 상기 헤드(16a)가 동작할 체적을 정의한다. 상기 동작 엔벌럽(42a)은 상기 헤드(16a) 인접한 곳의 모든 구조 및 상기 헤드(16a) 사이의 간섭을 피하도록 구성된다. 이들 구조들은 프레임(40), 헤드(16b~16n), 기판(22) 등을 포함한다. 예를 들어, 각 동작 엔벌럽(42a~42n)이 오버랩되지 않도록 상기 헤드들(16a~16n)을 배치함에 의해, "헤드 충돌"과 같은 상기 헤드들(16a~16n) 간의 상호작용이 최소화된다. 상기 비젼 어셈블리(34a)가 상기 동작 엔벌럽(42a) 내에 꼭 맞는 것이 본 발명의 실시예의 장점이다.
네 개의 헤드들(16a~16d)이 도 2에 도시되었음에도, 상기 멀티 헤드 테이프 적층 시스템(10)의 다양한 실시예들은 모든 적합한 수의 헤드들(16a~16n)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 2, 4, 8, 16 및 32 또는 그 이상의 헤드들(16a~16n)이 상기 멀티 헤드 테이프 적층 시스템(10)과의 이용에 적합하다. 더욱이, 헤드들(16a~16n)은, 상기 아이템(26)을 제작하기 위해 지시된 바와 같이, 더해지거나 제거될 수 있다. 이 점에서, 각 비젼 어셈블리(34a~34n)가 각 헤드들(16a~16n)과 연결되기 때문에, 상기 헤드들(16a~16n)이 더해지거나 제거됨에 따라, 상기 연결된 비젼 어셈블리(34a~34n) 역시 더해지거나 제거된다는 것이 본 실시예의 장점이다.
도 3은 도 1의 멀티 헤드 테이프 적층 시스템(10)과 이용하기에 적합한 비젼 어셈블리(34a) 및 헤드(16a)의 측면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 헤드(16a)는 테이프(52)를 제공하는 서플라이 릴(50)을 포함한다. 상기 테이프(52)는 테이프 경로(54)를 따라 쓰레드(thread)된다. 상기 헤드(16a)는 상기 테이프(52)로부터 제거될 수 있는 예비 테이프(option backing)(58)를 유지하는 테이크업 릴(take-up reel)(56)을 더 포함한다. 상기 헤드(16a)는 상기 기판(22) 상에 상기 테이프(52)를 밀착시키거나 견고하게 하는 컴팩션 롤러(compaction roller)(60)를 더 포함한다(도 2). 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 헤드(16a)는 상기 비젼 어셈블리(34a)를 포함한다. 상기 비젼 어셈블리(34a)는 센서(62) 및 조명 시스템(64)을 포함한다. 일실시예에서, 상기 조명 시스템(64)은 하나 또는 그 이상의 구역 조명(66) 및 레이저(68)를 포함한다. 일반적으로, 상기 구역 조명(66)은 일반화된 구역을 조명하며, 상기 코스(20) 상의 외부 물체를 감지하는 것을 도울 수 있다. 상기 레이저(68)는 상기 코스(20)를 가로지르는 한 라인의 조명을 생성하며, 코스 배치에 있어서 오배열, 오버랩, 갭 등을 감지하는 것을 도울 수 있다. 상기 비젼 어셈블리(34a)는 선택적으로, 인코더(70), 인코더 드라이브(72), 및 벨트(74)를 포함한다.
동작에 있어서, 상기 헤드(16a)는 상기 프레임(40) 및 상기 맨드릴(24)의 다 양한 움직임을 통한 경로를 따라 "C" 방향으로 가이드되며, 상기 기판(22) 상에 상기 테이프(52)를 배치하도록 구성된다. 상기 테이프(52) 및 상기 기판(22)은 서로 부착되도록 구성된다. 예를 들어, 상기 테이프(52) 및/또는 상기 기판(22)은 진득진득할 수 있다. 상기 컴팩션 롤러(60)는, 상기 테이프(52)가 상기 레이업에 견고해지도록 상기 기판(22)을 향해 상기 테이프(52)를 누르거나 자극하도록 구성된다. 상기 비젼 어셈블리(34a)는, 상기 배치된 테이프(52), 모든 인접한 테이프(52)(예를 들어, 이전에 인가된 코스(20) 등)에 대한 상기 배치된 테이프(52)의 위치, 및/또는 상기 테이프(52)의 표면에 있을 수 있는 모든 외부 물체를 감지하도록 구성된다.
상기 인코더(70)는, 존재한다면, 상기 컴팩션 롤러(60) 및/또는 상기 헤드(16a)의 움직임을 감지하도록 구성되며, 상기 감지된 움직임에 반응하여 신호를 출력한다. 구체적인 예에서, 상기 인코더 드라이브(72)는, 상기 컴팩션 롤러(60)의 움직임에 반응하여 움직이기 위해, 상기 컴팩션 롤러(60)와 맞물리거나 짝을 이룰 수 있다. 상기 벨트(74)는 상기 인코더 드라이브(72)의 움직임을 상기 인코더(70)로 전달(translate)하도록 구성된다. 다른 예에서, 상기 인코더(70)는 상기 인코더 드라이브(72) 및/또는 상기 컴팩션 롤러(60)와 직접적으로 맞물리게 할 수 있거나, 상기 인코더(70)는 섀프트 또는 다른 그러한 연결 매커니즘을 통해 상기 인코더 드라이브(72)에 연결될 수 있다. 존재하지 않는다면, 상기 인코더(70), 인코더 드라이브(72) 및 벨트(74)의 동작들은, 상기 멀티 헤드 테이프 적층 시스템(10)에 의해 수행된 감지된 움직임들 또는 움직임 지시에 반응하여 신호를 생성 하도록 구성될 수 있는 상기 컨트롤러(28)와 같은 프로세서에 의해 포함될 수 있다.
도 4는 도 1의 멀티 헤드 테이프 적층 시스템(10)과 이용하기에 적합한 헤드(16a) 및 비젼 어셈블리(34a)의 후면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 비젼 어셈블리(34a~34n)는 선택적으로 거울(80) 및 마커(82)를 포함한다. 포함된다면, 상기 거울(80)은 상기 센서(62)를 향해, 빛 또는 다른 그러한 형태의 전자기 방사를 반사하거나 다시 향하게 하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 상기 조명 시스템(64)으로부터의 조명은 비교적 낮은 각도에서 상기 코스(20)를 비추도록 구성될 수 있으며, 상기 센서(62)는 비교적 높은 각도로부터 상기 코스(20)를 바라보도록 구성될 수 있다. 상기 비교적 낮은 입사각의 조명 시스템(64)은 다양한 장점들을 활성화한다. 예를 들어, 상기 코스(20)에 비교적 가깝게 상기 구역 조명(66)을 배치하거나 상기 코스(20)를 실질적으로 가로질러 조명하는 것은, 상기 코스(20) 상에 존재하는 외부 물체에 빛이 비침에 반응하여 더 긴 그림자를 생성하는 것을 돕는다. 다른 예에서, 상기 레이저(68)는 비교적 낮은 입사각으로 배치될 수 있으며, 상기 코스(20)를 가로지르는, 하나의 라인(84) 또는 복수의 라인들(84)을 생성하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 코스(20)의 높이에 있어서의 비교적 작은 편향은, 비교적 높은 입사각에서 감지되거나 바라봤을 때 상기 라인(84) 내의 비교적 큰 편향을 생성한다. 이러한 이유로, 상기 거울(80)은 상기 비교적 높은 입사각으로부터 상기 센서(62)로 다시 향하게 배치될 수 있다. 다른 경우에, 상기 센서(62)는 비교적 높은 각도로부터 상기 코스(20)를 직접 바라보도록 배치될 수 있으며, 상기 거울(80) 및/또는 다른 반사 표면 또는 재배향(redirecting) 장치는 생략될 수 있다.
상기 마커(82)는, 존재하는 경우, 상기 코스(20) 상에 지표(indicator)를 두거나 배치하도록 구성된다. 일실시예에서, 상기 지표는 감지된 결함에 반응하여 배치된다. 예를 들어, 상기 코스(20) 상에 외부 물체가 존재하는 것으로 감지한 것에 반응하여, 상기 외부 물체 가까이에 또는 상기 외부 물체 상에 상기 지표를 두도록 상기 마커(82)가 제어될 수 있다. 이에, 상기 마커(82)는 상기 코스(20) 상에 지표를 생성하는 모든 적합한 마킹 장치를 포함할 수 있다. 마킹 장치들의 예들은 잉크 또는 페인트 스프레이어, 펜, 등을 포함한다.
도 5는 도 1의 상기 멀티 헤드 테이프 적층 시스템(10)과 이용하기에 적합한 상기 비젼 컨트롤러(36)의 블록도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 비젼 컨트롤러(36)는 펄스 카운터(88)로부터 신호들을 수신하도록 구성된다. 상기 펄스 카운터(88)는 일반적으로 상기 조명 시스템(64)을 제어하는 스위치로서 동작한다. 상기 펄스 카운터(88)는 움직임 또는 움직임 속도에 해당하는 신호들을 수신하도록 구성된다. 구체적 예로서, 상기 펄스 카운터(88)는 상기 컴팩션 롤러(60)의 움직임에 반응하여 상기 인코더(70)로부터 신호들을 수신하도록 구성된다. 상기 예에서, 상기 컴팩션 롤러(60)의 회전 또는 움직임의 속도가 변함에 따라, 상기 펄스 카운터(88)에 의해 수신된 신호들이 결과적으로 변경된다. 이에 대해, 상기 펄스 카운터(88)는 상기 구역 조명, 레이저(68) 및/또는 프레임 그래버(frame grabber)(90)를 제어하기 위해 신호들을 생성하도록 구성된다. 예를 들어, 상기 펄스 카운터(88)는, 상기 구역 조명(66) 및 상기 레이저(68)를 켜서 상기 코스(20)를 조명하도록 제어하거나, 상기 구역 조명(66) 및 상기 레이저(68)를 끄도록 제어하게 구성된다. 다양한 실시예에서, 상기 구역 조명(66) 및 상기 레이저(68)는, 교대로 켜지고 꺼지게, 동시에 켜지고 꺼지게, 독립적으로 켜지고 꺼지게, 또는 실질적으로 상기 코스(20)가 배치되고 있는 동안 켜지게 제어될 수 있다.
상기 비젼 컨트롤러(36)는 프로세서(92), 코드(94), 파일(96), 메모리(98), 클럭(100), 등을 포함할 수 있다. 상기 프로세서(92)는 코드(94)와 같은 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드를 수행하도록 구성된다. 상기 코드(94)에 따르면, 상기 프로세서(92)는, 상기 펄스 카운터(88)로부터 신호를 수신하고, 상기 신호들을 프레임 그래버(90)로 보내거나 프레임 그래버(90)로부터 수신하며, 상기 프레임 그래버(90)로부터 수신한 이미지를 처리하고, 파일(96) 및 메모리(98)에 정보를 저장하고 파일(96) 및 메모리(98)로부터 정보를 검색하며, 상기 클럭(100) 등으로부터 타임 신호를 수신하도록 구성된다. 상기 파일(96)은 위치 정보; 타임 스탬프, 에러 코드 등 중 하나 또는 그 이상을 저장하도록 구성된다.
도 6은 상기 기판(22) 상에 배치된 상기 코스(20)를 검사하는 방법(110)의 단계들을 나타낸 것이다. 상기 방법(110)의 개시 이전에, 상기 아이템(26)과 같은 복합물 제품이 설계되며, 상기 설계를 바탕으로, 상기 복합물 제품의 특성을 규정하는 일련의 컴퓨터 판독가능한 지시어들이 생성된다. 더욱이, 상기 멀티 헤드 테이프 적층 시스템(10)이 동작을 위해 준비된다. 이러한 준비들은, 예를 들어, 상기 아이템(26)에 기초하여 맨드릴(24)을 생성하는 단계; 상기 서플라이 릴(50)을 인스톨하는 단계; 상기 테이프 경로(54)를 따라 상기 테이프(52)를 쓰레드하는 단계; 상기 멀티 헤드 테이프 적층 시스템(10)에 전원을 공급하는 단계; 상기 다양한 시스템들을 측정하는 단계 등을 포함할 수 있다.
단계 112에서, 상기 멀티 헤드 테이프 적층 시스템(10)이 개시된다. 예를 들어, 상기 컨트롤러(28)는 상기 포지셔닝 장치(30) 및 드라이브 장치(32)가 서로에 대해 움직이도록 제어할 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 헤드들(16a~16n)은 상기 기판(22)에 맞물리고 상기 기판(22)을 따라 진행하도록 제어될 수 있다.
단계 114에서, 움직임이 감지될 수 있다. 예를 들어, 상기 컴팩션 롤러(60)의 움직임은 감지될 수 있으며, 상기 코스(20)가 상기 기판(22)에 적용되고 있다는 지표에서 이용될 수 있다. 구체적으로, 상기 인코더 드라이브(72)는 상기 컴팩션 롤러(60)와의 접촉의 결과로서 회전할 수 있으며, 상기 인코더 드라이브(72)의 회전은 상기 벨트(74)의 회전을 야기할 수 있으며, 상기 벨트(74)의 회전은 상기 인코더(70)를 조정할 수 있다. 조정에 대한 응답으로, 상기 인코더(70)는 상기 펄스 카운터(88) 및/또는 상기 비젼 컨트롤러(36)와 같은 컨트롤러로 신호를 전송할 수 있다. 예를 들어, 상기 인코더(70)는 상기 기판(22) 상에 배치되는 상기 테이프(52)의 미리 정해진 증가량에 반응하여 신호 또는 펄스를 생성할 수 있다. 상기 미리 정해진 증가량은 1인치(25.4mm), 0.1인치(2.54mmm), 0.01인치(0.254mm), 0.001인치(0.0254mm) 등과 같이 모든 적합한 값들을 포함할 수 있다.
상기 기계 비젼 검사 시스템(14)이 레이다운 속도의 변화에 다이나믹하게 반응하는 것이 본 실시예의 장점이다. 예를 들어, 더 빠른 속도로 상기 테이프(52) 를 배치하는 상기 헤드(16a)에 반응하여, 상기 인코더(70)는 유사하게 더 빠른 속도로 신호들을 생성하도록 유도될 수 있다. 여기서 기술되는 바와 같이, 이러한 방식으로, 상기 기계 비젼 검사 시스템(14)은 상기 검사의 주기를 다이나믹하게 조정하도록 동작할 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 맨드릴(24) 및/또는 포지셔닝 장치(30)의 움직임 지시는, 움직임이 발생했는지 또는 상기 테이프(52)가 분배되었는지를 판단하거나 감지하는데 이용될 수 있다.
단계 116에서, 상기 조명 시스템(64)은 조정될 수 있다. 일실시예에서, 상기 조명 시스템(64)은 상기 구역 조명(66) 및 레이저(68) 사이에서 교대될 수 있다. 즉, 상기 구역 조명(66) 또는 상기 레이저(68) 중 어느 하나가 동작하고, 미리 정해진 수의 신호 또는 펄스에 반응하여, 다른 하나가 동작한다. 예를 들어, 상기 인코더(70)로부터 신호를 수신하는 것에 응답하여, 상기 펄스 카운터(88) 또는 상기 비젼 컨트롤러(36)는, 상기 구역 조명(66) 및 상기 레이저(68) 중 켜진 것을 끄고, 상기 구역 조명(66) 및 레이저(68) 중 꺼진 것을 켜도록 구성될 수 있다. 이러한 교대 동작은 상기 레이다운 프로세스 동안 지속될 수 있다.
단계 118에서, 이미지가 캡쳐된다. 예를 들어, 상기 프레임 그래버(90)는 상기 센서(62)로부터 프레임 또는 이미지를 얻도록 제어된다. 다양한 실시예에서, 상기 프레임 그래버(90)는 상기 프로세서(92) 및/또는 상기 펄스 카운터(88)로부터의 신호에 응답하여 상기 이미지를 캡쳐하도록 제어된다. 그 후에, 상기 캡쳐된 이미지는 이미지 처리를 위해 상기 프로세서(92)로 전달될 수 있다.
단계 120에서, 상기 구역 조명(66)이 동작하는지가 판단될 수 있다. 예를 들어, 상기 펄스 카운터(88)를 통해 전달된 신호들은, 상기 구역 조명(66) 및 상기 레이저(68) 중 어느 것이 동작하는지를 나타내는 지표 또는 코드를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 이미지 분석 알고리즘은 조명 조건을 다르게 하는데 반응하여 상기 구역 조명(66) 및 레이저(68) 중 어느 것이 동작하는지 판단하도록 구성될 수 있다. 상기 구역 조명(66)이 동작하는 것으로 판단하는 것에 반응하여, 단계 122에서 부스러기 알고리즘(debris algorithm)이 수행된다. 상기 구역 조명(66)이 동작하지 않는 것으로 판단하는 것에 대해, 단계 126에서 상기 레이저(68)가 동작하는지 판단된다.
단계 122에서, 상기 부스러기 알고리즘이 수행된다. 예를 들어, 상기 캡쳐된 이미지는 상기 프로세서(92)에 전달될 수 있으며, 상기 코드(94)에 따라, 상기 캡쳐된 이미지는 적절하게 조작되거나 분석될 수 있다. 상기 조작 또는 분석의 적합한 예는, 밝은 및/또는 어두운 영역을 강조하기 위해 상기 이미지의 콘트라스트를 조정하는 단계; 밝은 및/또는 어두운 영역을 식별하는 단계; 임의의 식별된 밝은 및/또는 어두운 영역을 미리 정해진 임계치 또는 높은 및/또는 낮은 값의 셋트와 비교하는 단계 등을 포함한다.
단계 124에서, 상기 코스(20) 상에 부스러기가 존재하는지가 판단될 수 있다. 예를 들어, 식별된 밝은 영역이 미리 정해진 임계치를 초과하는 것으로 판단된 경우, 상기 코스(20) 상에 부스러기가 존재하는 것으로 판단될 수 있다. 상기 코스(20) 상에 부스러기가 존재하는 것으로 판단된데 반응하여, 에러 절차가 단계 132에서 수행된다. 상기 코스(20) 상에 부스러기가 존재하지 않는 것으로 판단된데 반응하여, 단계 126에서 상기 레이저(68)가 동작하는 지 판단될 수 있다.
단계 126에서, 상기 레이저(68)가 동작하는지가 판단될 수 있다. 예를 들어, 상기 펄스 카운터(88)를 통해 전달된 신호는 구역 조명(66) 및 레이저(68) 중 어느 것이 동작하는 지를 나타내는 지표 또는 코드를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 이미지 분석 알고리즘이 상기 구역 조명(66) 및 상기 레이저(68) 중 어느 것이 조명 조건을 다르게하는 것에 반응하여 동작하는지 판단하도록 구성될 수 있다. 상기 레이저(68)가 동작하는 것으로 판단하는데 반응하여, 갭/오버랩 알고리즘이 단계 130에서 수행될 수 있다. 상기 레이저(68)가 동작하지 않는 것으로 판단하는데 반응하여, 단계 134에서 상기 방법(110)이 완료되는 지 판단된다.
단계 128에서, 상기 갭/오버랩 알고리즘이 수행된다. 예를 들어, 상기 캡쳐된 이미지는 상기 프로세서(92)로 전달될 수 있으며, 상기 코드(94)를 따라, 상기 캡쳐된 이미지는 적절하게 조작되거나 분석될 수 있다. 상기 조작 또는 분석의 적합한 예들은, 상기 라인(84)들의 하나 또는 그 이상을 식별하는 단계; 상기 식별된 라인(84)들 내에, 불연속, 컨버전스, 다이버전스, 비스듬함(skew) 등과 같은 왜곡을 식별하는 단계; 임의의 식별된 왜곡을 미리 정해진 임계치 또는 높은 및/또는 낮은 값의 셋트와 비교하는 단계 등을 포함한다.
단계 130에서, 상기 코스(20) 상에 갭 및/또는 오버랩이 존재하는 지가 판단될 수 있다. 예를 들어, 식별된 왜곡이 미리 정해진 임계치를 초과하는 것으로 판단되면, 갭 및/또는 오버랩이 상기 코스(20) 상에 존재하는 것으로 판단될 수 있 다. 상기 코스(20) 상에 갭 및/또는 오버랩이 존재하는 것으로 판단된데 반응하여, 단계 132에서 상기 에러 절차가 수행된다. 상기 코스(20) 상에 갭 및/또는 오버랩이 존재하지 않는 것으로 판단된 데 반응하여, 상기 방법(110)이 완료되었는지가 단계 134에서 판단될 수 있다.
단계 132에서, 상기 에러 절차가 수행될 수 있다. 예를 들어, 임의의 식별된 부스러기, 갭 및/또는 오버랩은 상기 파일(96)에 로그되고 저장될 수 있다. 추가로 또는 대안으로, 상기 식별된 부스러기, 갭 및/또는 오버랩에 관련된 정보는 상기 멀티 헤드 테이프 적층 시스템(10)의 다른 구성요소 및/또는 로깅 및/또는 교정하는 동작을 위한 오퍼레이터에게 전달될 수 있다. 구체적인 예에서, 상기 식별된 부스러기, 갭 및/또는 오버랩에 관련된 정보는, 타임/데이트 스탬프; 플라이 번호; 헤드 번호, 코스 번호, 프레임 번호, 위치 정보 등을 포함할 수 있다.
단계 134에서, 상기 방법(110)이 완료되었는지가 판단될 수 있다. 예를 들어, 상기 아이템(26)에 대한 상기 레이업은 종료된 것으로 판단되거나 상기 멀티 헤드 테이프 적층 시스템(10)이 동작하지 않으면, 상기 방법(110)은 완료된 것으로 판단될 수 있고 상기 기계 비젼 검사 시스템(14)은 적절하게 대기중(idle)이거나 셧다운될 수 있다. 상기 방법(110)이 완료되지 않은 것으로 판단되면, 움직임이 단계 114에서 감지될 수 있다.
본 발명의 많은 특징들 및 장점들은 상세한 설명에 의해 명백하며, 따라서, 첨부된 특허청구범위에 의해 본 발명의 진정한 범위 및 사상에 포함되는 본 발명의 모든 그러한 특징들 및 장점들이 커버되는 것을 의도한다. 수많은 변경 및 변화가 쉽게 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발생할 수 있을 것이므로, 본 발명이 본 명세서에 개시되고 기술된 정확한 구성 및 동작에 재한되는 것이 의도되지 않으며, 따라서, 모든 적절한 변경 및 동등물들은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 고려될 수 있다.

Claims (17)

  1. 복합물 아이템을 제조하는 동안 기판에 인가되는 코스 재료를 검사하는 시스템으로서,
    상기 코스 재료의 구역을 조명하는 구역 조명; 상기 구역을 가로지르는 한 라인의 조명을 생성하는 라인 생성기; 상기 구역의 이미지를 캡쳐하는 센서; 및 상기 이미지를 분석하는 이미지 프로세서;를 포함하는 비젼 어셈블리를 포함하되,
    상기 이미지 프로세서는 동작중인 상기 구역 조명에 반응하여 상기 코스 재료상의 부스러기를 식별하도록 구성되며, 상기 이미지 프로세서는 동작중인 상기 라인 생성기에 반응하여 배치 왜곡(placement aberrations)을 식별하도록 구성된 것을 특징으로 하는 코스 재료 검사 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구역 조명 및 상기 라인 생성기를 교대로(alternatively) 동작시키는 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코스 재료 검사 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스위치는, 레이다운 속도(laydown rate)에 반응하여, 스위칭 속도를 변화시키는 것을 특징으로 하는 코스 재료 검사 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    복수의 헤드들을 더 포함하며,
    상기 복수의 헤드들의 각각은 상기 기판 상에 상기 코스 재료의 각 스트립을 배치하도록 구성되며, 상기 복수의 헤드들의 각각은 각 비젼 어셈블리를 포함하는 것을 특징으로 하는 코스 재료 검사 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 라인 생성기 및 상기 구역 조명보다 높은 입사각으로 상기 구역으로부터 상기 센서를 향해 빛을 재배향(redirect)하는 거울을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코스 재료 검사 시스템.
  6. 복합물 아이템을 제조하는 동안 기판에 인가되는 코스 재료를 검사하는 장치로서,
    상기 코스 재료의 구역을 확산 조명하는 수단;
    상기 구역을 가로지르는 한 라인의 조명을 생성하는 수단;
    상기 구역의 이미지를 캡쳐하는 수단; 및
    상기 이미지를 분석하는 수단을 포함하되,
    상기 이미지는, 상기 구역을 확산 조명하는데 반응하여 상기 코스 재료 상의 부스러기를 식별하기 위해 분석되며, 상기 이미지는, 상기 라인 조명에 반응하여 배치 왜곡을 식별하기 위해 분석되는 것을 특징으로 하는 코스 재료 검사 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 확산 조명 및 상기 라인 조명 사이를 교대로 스위칭하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코스 재료 검사 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 구역이 에러를 포함하는 것으로 판단한데 반응하여 상기 구역을 마킹하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코스 재료 검사 장치.
  9. 복합물 아이템을 제조하는 동안 기판에 인가되는 코스 재료를 검사하는 방법으로서,
    상기 코스 재료의 구역을 확산 조명하는 단계;
    상기 구역을 가로지르는 한 라인의 조명을 생성하는 단계;
    상기 구역의 이미지를 캡쳐하는 단계; 및
    상기 이미지를 분석하는 단계를 포함하며,
    상기 이미지는, 상기 구역을 확산 조명하는데 반응하여 상기 코스 재료상의 부스러기를 식별하기 위해 분석되며, 상기 이미지는, 상기 라인 조명에 반응하여 배치 왜곡을 식별하기 위해 분석되는 것을 특징으로 하는 코스 재료 검사 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 확산 조명 및 상기 라인 조명 사이를 교대로 스위칭하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코스 재료 검사 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 구역이 에러를 포함하는 것으로 판단한데 반응하여 상기 구역을 마킹하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코스 재료 검사 방법.
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