KR101912647B1 - 측정 물체들에 대한 두께 측정을 위한 방법 및 상기 방법을 적용하기 위한 장치 - Google Patents

측정 물체들에 대한 두께 측정을 위한 방법 및 상기 방법을 적용하기 위한 장치 Download PDF

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마이크로-엡실론 메세테크니크 게엠베하 앤체오. 카게
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Abstract

측정 물체들의 두께를 측정하기 위한 방법으로서, 센서들 서로에 대하여 미리 정해진 거리에서, 적어도 하나의 센서는 상부로부터 측정 물체에 대하여 측정을 하고, 적어도 하나의 다른 센서는 하부로부터 측정 물체에 대하여 측정을 한다. 물체의 두께는 수식 D = Gap - (S1 + S2)에 의해 계산되며, D = 측정 물체의 두께, Gap = 센서들 사이의 거리, S1 = 센서로부터 측정 물체의 상면까지의 거리, 및 S2 = 하부 센서로부터 측정 물체의 하면까지의 거리이다. 측정 물체의 기울기 및/또는 센서들의 변위 및/또는 센서들의 기울기에 의해 생성된 측정 오차는 보정된다. 변위 및/또는 기울기는 계측에 의해 판단되며, 이에 따라, 계산된 두께 또는 계산된 두께 프로파일은 수정된다. 부가적으로, 본 발명은 상기 방법을 적용하기 위한 장치와 관련이 있다.

Description

측정 물체들에 대한 두께 측정을 위한 방법 및 상기 방법을 적용하기 위한 장치{METHOD FOR THICKNESS MEASUREMENT ON MEASUREMENT OBJECTS AND DEVICE FOR APPLYING THE METHOD}
본 발명은, 상부로부터 물체에 대하여 측정하는 적어도 하나의 센서 및 하부로부터 물체에 대하여 측정하는 적어도 하나의 다른 센서에 의하여, 일반적으로 측정 물체들에 대한 두께를 측정하기 위한 방법에 관련이 있다. 센서들 사이에 알려진 거리를 사용하여, 일반적으로 알려진 수식 D = Gap - (S1 + S2)에 따라 물체의 두께가 계산될 수 있다(D = 측정 물체의 두께, Gap = 센서들 사이의 거리, S1 = 상부 센서에서 측정 물체의 상면까지 거리, 및 S2 = 상부 센서에서 측정 물체의 하면까지의 거리). 본 발명은 상기 방법을 적용하기 위한 장치와 더 관련이 있다.
산업 측정 분야에서, 하나의 센서를 사용하여 측정 물체의 상면에 대하여 측정함으로써, 일반적으로 측정 물체들의 두께는 거리 센서들에 의하여 접촉 없이 측정된다. 또다른 센서는 측정 물체의 하면에 대한 측정을 한다. 센서들간의 알려진 간격을 사용하여, 전술한 수식에 따른 두께가 계산될 수 있다. 그러나, 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 이러한 수학적인 관계는 서로 관련된 센서들, 측정 물체와 서로 관련이 있는 센서들이 광학적인 방식으로 정렬될 때만 참이 된다. 실제로, 오차가 발생하는 두 개의 주요한 원인들이 있는데, 즉, 측정 물체가 기울어지고/거나, 센서들의 위치가 변하고 기울어지는 것이다.
센서들이 서로에 대하여 적절하게 정렬된 경우 조차도, 측정 물체가 기울어지면 물체의 두께가 실제 두께보다 두껍게 측정되었다. 이는 각도 오차로 인해 발생한다. 도 2는 관련된 측정 오차를 나타내며, 이는 측정 물체가 -30°에서 +30° 사이의 각도의 범위로 기울어질 때 나타난다.
오차의 제2 원인은 센서들의 서로에 대한 배향인데, 즉, 센서들이 서로에 대하여 정렬되어 있고/있는가 서로에 대해 기울어졌는가 하는 것이다. 만일 센서들의 정렬이 잘못 되어있다면, 센서들의 측정 축들은 센서들 서로의 상부에 100%에 놓이지 않으며, 측정 물체가 기울어지거나, 또는 센서들 사이의 측정 간격 내의 측정물체의 위치가 변경되면, 두께의 계산에 부가적인 차이를 유발한다. 도 3은, 서로에 대하여 오프셋(offset) 된, 반대방향으로 배치된 두 개의 레이저 거리 센서들을 사용하는 두께 측정을 나타낸다. 오프셋 센서 축들과 함께, 측정 물체 또한 기울어진다. 즉, 센서들의 정렬에서, 센서들의 기울어짐 또한 각도 오차를 발생시키며, 더 큰 측정 오차를 유발한다.
바람직하게, 두 개의 센서들은 하나의 축에 놓여 있어서, 측정 물체의 기울기는 항상 큰 두께값의 결과를 가진다. 그러나, 기계적인 허용오차로 인해, 또는 레이저 센서들의 레이저 스팟은 측정 물체 상에서 아주 많이 산란된다는 사실로 인해, 레이저 센서들의 정렬은 더 어려우며, 이는 사실상 불가능하다. 또한, 레이저 빔은 센서의 적절한 선형축에 정확하게 대응하지 않는다. 사실, 오차는, 절대적인용어로, 측정 물체의 두께 뿐만 아니라 레이저 정렬 내의 오차에 종속되기 때문에, 측정 물체가 기울어지면 측정값이 더 작아질 수 있다.
도 4는 센서들(거리 센서들)의 부정확한 정렬로 인해 초래된 측정 오차의 발생을 나타낸다.
위에 확인된 오차들은 포인트 측정(point measurement)을 수행하는 거리 센서들에 대한 측정 오차들이다. 유사하게, 두께 측정은 측정하기 위한 선을 투사하는 센서들(예를 들어, 레이저선 스캐너들, 광 영역 센서들)을 사용하여 행해질 수 있거나, 2차원 측정을 가능하게 한다(예를 들어, 매트릭스 배열 또는 카메라들). 만일 센서들의 위치가 변하거나 센서들이 기울어짐과 동시에 측정 물체가 기울어진다면, 레이저선 스캐너들을 사용하여 측정할 때 조차도 측정은 부정확할 것이다.
선 스캐너들 또는 평면 센서들을 사용함으로써, 거리에 더하여 측정 물체의 기울기 각도가 판단될 수 있다. 측정 물체의 기울기 각도에 관련된 부가적인 정보의 도움으로, 사전에 인식된 오차들을 수정할 수 있으며, 기울기에 의해서 생성된 오차들을 상쇄시킬 수 있다.
두께를 측정하기 위한 전술된 방법은 일반적으로 C-프레임 또는 O-프레임을 가지는 시스템들에서 사용된다. C-프레임에서, 두 개의 거리 센서들은 서로에 대해기계적으로 고정되거나, 할당된다. 큰 폭을 가지는 물체의 횡방향 측정을 위해, C-프레임 전체는 측정 물체 위로 이동하며 (또는 반대로) 측정 물체의 두께 프로파일이 기록된다. 초기의 조정 오차는 횡폭에 걸쳐 변화하지 않는다(즉, 오차는 일정하며 x-방향에 대하여는 독립적이다).
두 개의 거리 센서들은 또한 O-프레임 내에 설치될 수 있다. 센서들은 각각 축에 장착되어 모터에 의하여, 예를 들어, 타이밍 벨트(toothed belt)를 통해 이동된다. 기계적인 이유들에 대하여, 이전에 논의된, C-프레임에도 종속된, 레이저 조정 오차 또한 횡방향에 있는 센서들의 위치의 함수로써 변화한다.
만일 측정 물체는 센서들에 대하여 항상 동일한 위치에 있다는 것을 보증할 수만 있다면, 센서들의 정렬은 부가적인 측정 오차를 발생시지는 않을 것이다. 그러나, 실제 생산 환경에서는 항상 위치에 대한 변수가 있기 때문에, 측정 물체가 센서에 대하여 기울어지는 것은 흔하다. 라인 센서들에 의해, 계측이 수행되는 수단들에 의해, 그러한 기울임의 판단은 실시로부터 그 자체가 공지된다.
그러나, 사용된 센서들이 서로에 대하여 정밀하게 정렬되어야 하는 한, 알려진 해결책은 도움이 되지 않는다. 일단 센서들의 위치가 변하면, 측정 오차는 더 이상 수정될 수 없다.
큰 생산 공장에서, 센서들의 정밀한 정렬은 더 어렵다. 피할 수 없는, 사소하지 않은 기계적인 허용오차로 인하여, 센서들의 측정 축들은 서로에 대하여 정밀하게 정렬될 수 없다. 조정을 위한 특별한 수단(예를 들어, 마이크로미터 나사, 등)을 사용하는 것은 비용이 많이 들며, 특별한 수단의 장치는 복잡하다. 또한, 미세 조정의 이러한 타입은 혹독한 산업 환경에서는 이루어지기 어렵다.
따라서, 본 발명의 기본적인 목적은, 측정 물체의 기울어짐으로 인해 발생한 측정 오차, 및/또는 센서들의 변위로 인해 발생한 측정 오차 또는 센서들의 기울어짐/각도 오차가 단순한 방식으로 제거된, 측정 물체들에 대한 두께를 측정하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
전술한 목적은 청구항 제1항의 특징들에 의해 해결된다. 따라서, 본 발명의 방법은 측정 물체가 기울어지고/기울어지거나 센서들의 위치가 변하고/변하거나 센서들의 기울기에 의해 생성된 측정 오차를 보정하는 특징이 있다. 따라서, 변위 및/또는 기울기는 계측에 의해 판단되며 계산된 두께 또는 계산된 두께 프로파일이 수정된다. 본 발명에 따라, 센서들의 변위 또는 기울기를 계측하는 것이 수행된다.
측정 물체의 기울기는 검출될 수 없기 때문에, 포인트 센서들을 사용하여 측정을 하는 동안 원칙적으로 측정 물체의 기울기에 대한 두께 오차를 계측하는 것은 가능하지 않다. 따라서, 높은 정밀도의 두께 측정을 위하여, 측정 물체의 기울기 또한 검출될 수 있는 레이저선 센서들이 사용된다. 2차원의 측정 센서들 (예를 들어, 카메라들) 또는 다중 포인트 센서들 또한 사용될 수 있다. 하나의 축에서 기울기는 하나의 표면에 대하여 측정하는 적어도 두 개의 센서들의 측정된 값들로부터 판단될 수 있다. 이에 따라, 2개의 축에 대하여 적어도 3개의 센서들이 필요하다.
도 1은, 측정 물체에 대하여 측정하는 거리 센서들의 쌍을 가지는 두께 측정 원리의 개략도이다(최신의 기술).
도 2는, 측정 물체의 기울기에 의해 생성된 측정 오차의 개략도이다.
도 3은, 서로에 대하여 오프셋되도록 배치된, 두 개의 반대방향에 있는 레이저 거리 센서들을 가지는 두께 측정의 원리의 개략도이다.
도 4는, 센서들의 부정확한 조정에 의해서만 생성된 측정의 전개를 나타내는 개략도이다.
도 5는, 횡방향에서(x-방향) 위치의 함수로서 판단된 x-오프셋을 나타내는 개략도이다.
도 6 내지 도 11은, 게이지 블록이 기울어질 때(마스터부) 판단되어야 하는 두께의 원래 신호의 개략도이다.
도 12는, y-방향에서 센서들의 축들이 서로의 상부에 놓이지 않을 때 발생하는 측정 오차의 개략도이다.
도 13은, x-방향(좌측 가장자리) 및 y-방향(가장자리에서 측정된 값을 평가함으로써, 또는 45°의 가장자리를 사용하는 레이저선의 길이에 의해서)에서 레이저 조정 오차에 관련된 개략도이다.
도 14는, y-방향에서 센서 위치의 변화를 나타내기 위한 마스터 타겟 상의 레이저선에서 변화를 나타내는 개략도이다.
도 15 내지 도 16은, 기울기 오차의 성공적인 보정의 결과를 나타내는 개략도이다.
도 17은, 회전하는 액츄에이터에 의하여 회전하는, 예를 들어, 공압 회전 실린더 또는 전기 모터에 의하여 회전하는, 측정 간격에서 마스터부의 내부로 향한 회전의 원리를 나타내는 개략도이다.
O-프레임을 가지는 스트립 원료 상에 대한 두께 측정의 예시를 사용하여, 방법은 이후에 서술될 것이다.
O-프레임에서, 스트립 원료의 상부와 하부에 선형의 축들이 있으며, 선형의 축들은 레이저선 센서들의 생산 방향에 횡방향으로 스트립 원료의 상측 및 하측에 걸쳐 있다. 센서들은 상측 또는 하측으로 각각의 거리를 측정한다. 센서들 사이에 알려진 거리를 이용하여, 횡방향으로 가로지르는 스트립 원료의 두께 프로파일이 결정된다. 본 명세서에서, 좌표축들은 다음과 같이 식별된다:
y-축: 스트립 원료의 운송 방향 또는 이동 방향
x-축: 운송 방향을 가로지르는 방향, 횡방향
z-축: 스트립 원료에 수직이며, 센서들의 거리 측정의 방향
레이저선 센서들의 축들은 x-방향으로 정렬되며 바람직하게는 측정 간격 내의 모든 지점에서 서로의 상부에 정확하게 일치하게 놓여야 한다. 이미 알려진 이유들로 인하여, 이는 실행될 수 없거나, 단지 상당한 노력에 의해서만 실행될 수 있다. 대신에, 계측이 실행되는 동안에 센서들의 변위가 판단될 수 있으며, 계산된 두께 프로파일은 이후에 수정될 수 있다.
x-방향에서 측정 물체의 기울기는 다음의 상태에서 발생한다:
두께의 기울기 오차의 보정은 단지 레이저 스팟(spot)이 정밀하게 정렬될 때에만 일어날 수 있다. 0.1 mm 만큼 작은 레이저 조정 오차는 10°의 기울기에서 18μm의 오차를 발생시킨다. 따라서, 판단된 두께는 더 얇은 것으로 계산될 수 있다. 측정 물체의 기울기는 두께를 증가시킬 것이다. 그러나, 만일 센서들이 서로의 상측에 정확히 배치되지 않는다면, 계산된 두께는 또한 더 작아질 수 있다.
센서들의 바람적인 정렬에 대한 필요를 충족시키는 것이 기계적으로 불가능하기 때문에, 적절한 소프트웨어는 다음과 같이 생성되는 오차를 수학적으로 보정한다:
1. 0°의 기울기에서, 적절한 계측 수단(예를 들어, 게이지 블록(gauge block)("마스터부(master part)"))을 이용하여 마스터 측정(master measurement)을 한다. 따라서, 두께 측정식의 일정한 "간격"이 계산된다.
2. x-방향의 10°내지 20°의 기울기에서 오프셋 계산(= 부정확한 레이저 조정 FL에 의해 발생)을 한다.
3. x-방향의 -10°내지 -20°의 기울기에서 오프셋 계산을 한다.
사용된 게이지 블록의 두께가 미리 정해져 있기 때문에, x-방향에서 오프셋(= FL)은 알려진 기울기 각도와 간격값을 이용하여 계산될 수 있다. x-방향에서 오프셋은 양의 각도와 음의 각도에 대하여 약간 다르다.
센서들의 고정된 설치로 인하여, 변위는 단지 C-프레임을 사용하고 있을 때에만 판단되어야 한다.
O-프레임을 사용하고 있을 때, 두 개의 선형 축들에 의해 센서들이 이동한다. 따라서, 판단된 x-오프셋은 일정하지 않다(즉, 단지 오프셋 계산이 수행되었던 위치에서만 정확하다). 예를 들어, 횡방향에서 선형축들의 속도에서 약간의 변화의 결과로, 센서들의 변위는 다를 수 있다. 횡방향에서 위치의 함수로서 x-오프셋을 판단할 수 있는 제1 단계는 보정실행을 수행하는 것이다. 보정실행 동안에, 예를 들어, 알려진 두께(마스터부)의 게이지 블록인, 적절한 계측 수단이 측정 간격 내에서 회전하며 측정 간격의 횡폭 전체를 따라서 이동한다.
마스터부는 센서들을 운반하는 두 개의 횡방향 운반대 중 하나에 연결된다. 이는 운반대의 상부 또는 하부가 될 수 있다. 예를 들어, 회전 기구(도 17)에 의하여 마스터부는 하부 운반대에 연결된다. 회전 기구는 공압 회전 실린더를 포함하며, 회전 실린더는 조정 가능한 단부 위치들을 가진다. 보정실행을 위한 마스터부의 정확한 정렬은 단부 위치들의 설정을 통하여 조정될 수 있다. 회전 실린더 상에, 마스터부가 교대로 장착될 수 있는 회전 암이 있다. 마스터부는 두께가 알려진 게이지 블록이다. 하나의 단부 위치에서, 마스터부는 정밀하게 회전하여 측정 간격 내에 있다(도 17a). 다른 단부 위치에서, 마스터부는 회전하여 측정 간격의 완전한 외부에 있다(도 17b). 바람직하게, 마스터부는 레이저의 입사가 정확한 수직이 되는 방식으로 정렬된다. 보정 실행에 대하여, 상부 및 하부 센서들이 마스터 부분의 상부 및 하부 표면들에 대하여 측정하는 방식인 회전 실린더의 도움으로, 마스터부는 회전하여 측정 간격 내로 들어간다. 서로에 대하여 점검이 이루어질 수 있도록 센서들을 설정함으로써, 회전은 때때로 반복될 수 있거나 새로은 보정 실행이 수행될 수 있다. 예를 들어, 전자 또는 자기 드라이브들과 같은 다른 전달 수단들 또한 회전을 위해 사용될 수 있다. 수작업으로 회전을 시키는 것 또한 고려될 수 있지만, 사용자의 개입이 필요할 것이다.
내부를 향하여 회전하는 마스터부를 가지는 x-방향에서 횡방향은 알려진 두께 Dmaster이며, 기울어지지 않았다(α= 0°). 센서 1(상부) 및 센서 2(하부)에 대해 측정된 값들은 S1master 및 S2master이다. 측정된 값들 S1과 S2는 레이저선을 서술하는 다수의 측정 지점들로 구성되어 있다는 것에 주의해야 한다. 예를 들어, 종래의 레이저선 센서들에서, 640개의 측정 지점들이 x-방향에서 사용된다. 측정 지점들의 수는 사용된 CCD-매트릭스의 픽셀들의 수에 종속된다. 그러나, 단순화를 위해, 이후에는 측정된 값들은 S1 및 S2로 지칭될 것이다.
마스터부는 하부 운반대에(하부 센서에) 기계적으로 고정되어 있다(즉, 마스터부에 대한 하부 센서의 x-오프셋은 항상 0이 되어야 한다). 각각의 센서가 마스터부의 하나의 가장자리(즉, 가장자리를 넘어서 연장되는 레이저선)를 검출하는 방식으로 마스터부는 조정된다. 따라서, 예를 들어, 센서는 640개의 측정 지점들 중 620개의 측정 지점들만을 표시한다. 마스터부가 하부 센서에 대하여 고정되어 있기 때문에, 상부 센서를 정렬하는 것 만으로도 충분할 것이다.
x의 함수로서의 간격(gap)(즉, 횡단중 위치의)인, 마스터부의 표면 상에 놓인 측정 지점들은 아래의 수식에 따라 최초로 판단된다:
Gap = Gap(x) = Dmaster + S1master + S2master
이러한 방법으로 판단되는 이유는, 기계적 허용오차, 등의 이유이며, 센서들의 z-간격은 가로지르는 폭에 걸쳐서도 변화할 수 있다. 이는 보정 실행에 의해서 판단되어, z-방향에 있는 오차는 보정된다. 측정된 값들은 x의 함수로서 또는 검색 테이블(look-up table)로서 저장될 수 있다. z-방향에서 이러한 보정은 모든 두께 측정에 대한 필요조건이며 최신 기술이다.
보정실행 동안에, 마스터부의 가장자리는 횡방향(=x-방향)에서 위치의 함수로서 부가적으로 기록된다.
그러므로, 가장자리의 판단을 이용하여, x-방향에서 절대적인 측정 값이 마스터부에 대하여 유효하며, 하부 센서에 대한 상부 센서의 오프셋 FL은 FL = FL(x)로 판단될 수 있다.
바람직하게, 만일 센서들이, 시작 위치(x=0)에서, 확실하게 정렬되어 서로에 대해 완벽하게 조정되어 있다면, 적어도 이러한 위치에서, 센서들의 변위는 0과 동일할 것이다. 필요조건은 하우징에 대한 센서들의 측정 값들 또는 센서들의 장착 위치 뿐만 아니라, 센서 및 마스터부의 위치들의 모든 파라미터들이 알려지는 것이 될 것이다. 이후에, 이로부터 변위 FL0 = FL(x=0)(예를 들어, 보정실행의 시작 위치)는 판단될 수 있다. 그러나, 여기에 영향을 주는 요인들 또한 다양하기 때문에, 시작 위치에서(x = 0) 초기에 알려지지 않은 상수 FL0로서 변위를 설정하는 것과, x-방향의 임의의 위치에서 실제 변위를 판단하는 것이 용이하다.
만일 최초에, 단순화를 위해, 변위의 다양성만이 고려된다면, 보정실행의 결과는 FL'(x) = dFL(x)의 함수이며(다시 x 또는 검색 테이블 내의 함수로서의 값들이 된다), 정의에 의해 FL0는 최초로 0과 동일하게 설정되며, 이후에 제외된다.
따라서, 도 5는 횡방향으로 위치의 함수로서 취득된 x-변위를 나타낸다.
정의에 의하여 0점이 이러한 위치에 설정되기 때문에, 계측 실행의 시작에서, 위치 x = 0에서 오프셋 FL은 0과 동일하다. x-오프셋이 커질수록, 이동의 단부를 향한 값이 일정하게 유지될 때 까지, 더 멀리 있는 두 개의 센서들은 횡방향에서 센서들 각각의 선형축들을 따라 이동한다. 오프셋은 또한 선형 축들의 드라이브로부터 파생된 중첩된 정현파 진동(superimposed sinusoidal oscillation)을 표시한다. 2500mm의 가로지르는 폭에서 x-오프셋은 2mm인 것을 알 수 있다. 또한, 횡단 과정에서 오프셋은 다시 작아지는 것이 가능하다. 이는 또한 축의 이동 방식, 또는 센서들의 장착 방식에 종속된다.
이후에, 마스터부의 다양한 기울기들(예를 들어, α = +/-10°, +/-20°)을 가지는 횡단 범위 내의 x0 위치에서 기울기 계측이 기울기 실험의 형태로 실행된다. 따라서, 계측 위치에서 절대적인 변위 FL = FLkali(x0)가 취득된다.
도 3은 기울임 실험 동안의 기하학적 관계를 나타낸다. 최초로, 위치 x0에서 기울임 실험을 통하여 및 알려진 두께 Dmaster의 마스터부의 알려진 기울기로부터, 변위/기울기 FLkali(x0)는 다음의 수식에 의해 판단되어야 한다:
Dmaster = D' * cos(α) (1)
D'은 여전히 두께 측정의 실제 측정값 D'' = Gap - (S1 + S2)이 아니며, 오히려, 센서들의 변위에 의하여 이미 수정된 값이다(도 3 참조).
D' = Gap - (S1' + S2) (2)
S1'은 이미 변위 FL에 의하여 수정된 측정된 값이며, 다음의 수식이 적용된다:
S1' = S1 - FL * tan(α). (3)
이로써, 센서 1(S1) 및 센서 2(S2)에 대한 실제 측정된 값들 및 마스터 대상 Dmaster의 알려진 두께, 계측 위치 x0에서 변위 FLkali(x0)는 판단될 수 있다.
(가로지르는 폭 변화에 걸친) 변위는 일반적으로 FL(x) = FL0 + dFL(x)로 구성되며, 함수 dFL(x)는 보정실행으로부터 알려진다.
전술한 교시에 따라, 계측 위치 x0에서 실제 절대적 변위는 다음과 같이 측정된다:
FL(x0) = FLkali(x0) = FL0 + dFL(x0)
이로부터 FL0는 FL0 = FLkali(x0) - dFL(x0)에 의해 판단될 수 있다.
마지막으로, 가로지르는 폭에 걸쳐 변화할 수 있는 센서들의 변위는,
FL(x) = FL0 + dFL(x) = FLkali(x0) - dFL(x0) + dFL(x) 이다.
만일 계측이 시작 위치에서 수행된다면(즉, x0 = 0이면), 다음의 수식이 직접 적용될 수 있다:
FL0 = FLkali(x0).
도 6 내지 도 11을 참조하면, 기울기 실험은 다음의 결과를 제공한다:
도 6 내지 도 11은 +/-10°인 마스터부의 기울기(두께 = 5.004 mm)에서 측정된 두께의 원래의 신호를 나타낸다. 10°의 기울기에서, 측정 물체의 기울기에 의해 생성된, 계산된 두께는 5.081mm 이다. 498mm의 횡방향 위치에서 레이저 조정 오차 FL의 판단이 시행되었다. 각각의 경우, 두께는 좌측에 도시되며, 센서 변화들은 우측의 y-축에 도시된다.
구체적으로, 도 6내지 도 11은 아래의 특징을 나타낸다:
도 6은, 0°의 기울기를 가지는 측정 물체의, 498mm에서 횡방향 위치(x-방향)를 나타낸다.
도 7은, 10°의 기울기를 가지는 측정 물체의, 498mm에서 횡방향 위치(x-방향)를 나타낸다.
도 8은, -10°의 기울기를 가지는 측정 물체의, 498mm에서 횡방향 위치(x-방향)를 나타낸다.
도 9는, 0°의 기울기를 가지는 측정 물체의, 2540mm에서 횡방향 위치(x-방향)를 나타낸다.
도 10은, 10°의 기울기를 가지는 측정 물체의, 2540mm에서 횡방향 위치(x-방향)를 나타낸다.
도 11은, -10°의 기울기를 가지는 측정 물체의, 2540mm에서 횡방향 위치(x-방향)를 나타낸다.
따라서, 완전히 유사한 방식으로, 측정 물체의 기울기 오차 뿐만 아니라 센서의 변위/기울기로 인해 생성된 오차를 보정하면서, 두께가 알려지지 않은 측정 물체의 실제 두께가 판단될 수 있다.
최초로, 실제로 측정된 값들 S1과 S2가 기록된다. 센서의 변위/기울기에 의해 수정된 S1'은 S1으로부터 계산이 되어야 한다:
S1' = S1 - FL * tan(α)
두께 D'는 S1'의 값으로부터 취득되며, 다음의 수식에 의해 변위에 따라 수정된다.
D' = Gap - (S1' + S2)
이후에, 측정 물체의 실제 두께는, (1)과 유사하게, 다음의 수식으로 계산된다.
D = D' * cos
y-방항에서 기울기(즉, 생산 방향)는, 다음에 의해 생성된다:
생산 방향(y-방향)에서 측정 물체의 기울기를 보정할 수 있게 하기 위해, 위에 서술한 부분과 동일한 조건이 적용되어 서술된다. 유사하게, y-방향에서 측정 물체의 기울기는 측정에 의해서 판단되어야 한다. 또한, y-방향에서 기울기를 판단하는, 부가적인 라인 센서 또는 포인트 센서 쌍을 구비하는 것을 고려될 수 있다. 두께 측정에 사용된 센서들의 레이저 선들은 여전히 x-방향에서 정렬이 분명하게 되어야 한다. 그러나, 만일 측정 물체가 y-방향에서 기울어졌다면, y-방향에서 센서들의 변위/기울기는 두께 측정에 관하여 완전히 유사한 효과를 가진다.
도 12는, 센서들의 축들이 서로의 상부에 있지 않을 때의 측정 오차를 나타낸다(레이저 조정 오차 FL ca. 0.7mm, 타겟의 두께 5.004mm). 측정된 두께는 좌측 y-축에 도시되며, 부정확한 레이저 조정으로만 인해서 생성된 두께 오차는 우측에 도시된다. 여기에, 또한, 센서들은 x-위치 뿐만 아니라 y-위치의 함수로서 기울기를 가진다. 따라서, 하나의 위치 x0에서 두 개의 센서들의 레이저 조정 오차 FL은 완전히 유사한 방식으로 계산된다. 이러한 오차의 변화는 보정실행을 하는 동안에 기록된다.
x-방향에서 측정 물체의 기울기가 서술된 바와 같이, 레이저 조정의 실제 오차 또한 다음에 서술된 바와 같이 계산된다:
1. 0°의 기울기에서 게이지 블록의 마스터 측정을 한다. 따라서, 두께 계산식의 일정한 "간격(Gap)"이 알려진다.
2. y-방향으로 10°내지 20°의 기울기에서 오프셋(= 부정확한 레이저 조정 FL에 의하여 생성)계산을 한다.
3. y-방향으로 -10°내지 -20°의 기울기에서 오프셋 계산을 한다.
보정실행(내부로 회전한 마스터 타겟, x-방향에서 이송 장치의 이동)을 하는 동안 y-방향에 대한 레이저 조정 오차의 변화는 기록된다. 이는 동일한 마스터부를 가지는 특정한 단순한 방식으로 실행될 수 있다. 마스터부는 x-변위의 보정을 위한 반대쪽 측면에 경사진 가장자리를 나타낸다. 이는 가장자리로 지칭되며, 가장자리의 배향은 횡방향의 수직( = 이송 방향)으로부터, 바람직하게는 45°만큼, 벗어난다. 도 13은 이러한 관계를 도시한다. 만일 y-방향에서 센서들의 정렬이 변하면, 레이저선은 가장자리의 배향을 가로질러 지나간다. 가장자리의 배향은, 예를 들어, 45°만큼, 횡방향(x-방향)의 수직으로부터 벗어나 있다. 측정된 값, 즉, 측정 타겟에 대한 레이저선의 길이는 변화한다. 따라서, y-방향에서 기울기에 대한 결론은 가장자리 상에 있는 측정 지점 또는 레이저선의 길이로부터 도출될 수 있다.
도 14는, y-방향에 있는 마스터 타겟 상에서 레이저 선의 변화를 나타낸다.
도 15와 도 16은 기울기 오차의 성공적인 보정 이후의 결과를 나타낸다.
도 15에 있는 값들은 레이저 조정 오차가 판단된 위치에서 기록된다. 도 16은 보정 실행을 하는 동안 판단된 오프셋 변화를 고려하는 동안에 기록된다.
각각의 경우에서, 각도 오차를 고려하지 않고, 판단된 실제 두께가 좌측의 y-축에 도시된다. 우측의 y-축은, 레이저 조정 오차 FL을 고려하면서, 각도 오류에 대해 수정된 두께 변화를 나타낸다.
바람직한 방식으로, 본 발명에 교시된 내용을 발전시키고 실행하기 위한 다양한 옵션들이 있다. 이러한 주제에서, 한편으로는 제1항에 종속된 청구항들이 참조될 것이며, 다른 한편으로는 도면에 의해서 본 발명에 따른 방법의 바람직한 디자인 예시들의 전술한 내용들이 참조될 것이다. 도면에 의하여 본 발명에 따른 방법의 바람직한 디자인 예시들의 서술과 함께, 교시된 다른 일반적인 바람직한 실시예들과 개선된 실시예들 또한 서술될 것이다.
반복하지 않기 위해, 본 명세서에서, 본 발명에 따른 장치들의 부가적인 바람직한 실시예들에 관한 참조는 일반적인 부분과 첨부된 청구항들에 대해서만 이루어졌다.
마지막으로, 위에 서술된 본 발명에 따른 방법의 디자인 예시들은 단지 청구된 내용들을 설명하기 위한 것이며, 이러한 디자인 예시들은 본 발명의 내용을 제한하는 것이 아니라는 것이 본 명세서에 명시적으로 서술되어 있다.

Claims (20)

  1. 측정 물체의 두께를 측정하기 위한 방법으로서,
    센서들 서로에 대하여 미리 정해진 거리에서,
    적어도 하나의 센서는 상기 측정 물체의 상부로부터 상기 측정 물체에 대하여 측정을 하고,
    적어도 하나의 다른 센서는 상기 측정 물체의 하부로부터 상기 측정 물체에 대하여 측정을 하며,
    상기 측정 물체의 두께는 수식 D = Gap - (S1 + S2)에 의해 계산되며,
    D = 상기 측정 물체의 두께,
    Gap = 상기 센서들 사이의 거리,
    S1 = 상부 센서로부터 상기 측정 물체의 상면까지의 거리, 및
    S2 = 하부 센서로부터 상기 측정 물체의 하면까지의 거리이고,
    횡방향으로 가장자리를 나타내어 상기 가장자리의 위치가 평가되는 계측 수단의 도움에 의하여, 상기 센서들의 변위 및 상기 센서들의 기울기 중 적어도 하나에 의해 생성된 측정 오차는 보정되며,
    상기 센서들의 변위 및 기울기 중 적어도 하나는 계측에 의해 판단되며, 이에 따라, 계산된 두께 또는 계산된 두께 프로파일은 수정되고,
    회전 기구에 의하여, 상기 계측 수단은 회전하여 측정 범위로 들어가고, 상기 계측 수단은 회전하여 상기 측정 범위 밖으로 나가는 것을 특징으로 하는 측정 물체의 두께를 측정하기 위한 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 두께 측정에 관한 센서들의 변위 및 기울기 중 적어도 하나의 영향은 상기 측정 물체의 길이 방향 및 횡방향 중 적어도 하나에서 상기 센서들의 계측 실행에 의해서 판단되는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 계측 실행은 상기 측정 물체가 움직이는 방향 및 움직이는 방향의 횡방향에서 수행되는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 측정 물체의 상기 계산된 두께 또는 상기 계산된 두께 프로파일은 상기 계측 실행으로부터 생성된 데이터에 근거하여 수정되는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  5. 제4항에 있어서, 선 센서들 또는 레이저선 센서들이 센서들로서 사용되어, 하나의 축 또는 두 개의 축들에서 기울기가 판단될 수 있는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  6. 제4항에 있어서, 측면 당 적어도 두 개 또는 3개의 포인트 센서들이 센서들로서 사용되어, 하나의 축 또는 두 개의 축들에서 기울기가 판단될 수 있는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 하나의 측면에 선 센서들이 사용되고, 다른 하나의 측면에서 복수의 포인트 센서들이 사용되는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 센서들은 센서들의 고정된 장착/할당을 가지는 C-프레임 내에서 또는 움직일 수 있는 선형 축들에 연결된 O-프레임 내에서 이동하는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, x-방향(즉, 움직이는 방향의 횡방향)으로 기울어지는 경우에,
    - 0°의 기울기에서 게이지 블록에 대한 마스터 측정을 하는 단계;
    - 상기 센서들의 횡방향에서, 미리 정해진 각도에서 기울기로 인한 부정확한 센서 조정에 의해 생성된 오프셋(offset)을 계산하는 단계에 의해 측정 오차의 보정이 이루어지고,
    기울기 및 간격(gap) 값의 알려진 각도를 이용하여, x-방향에서의 오프셋이 계산되는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 미리 정해진 각도는 움직이는 방향의 횡방향인 x-방향에서 10°내지 20°및 -10°내지 -20°인 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  11. 제9항에 있어서, 횡방향에서 선형 축들의 적어도 다른 속도를 이용하여, 상기 보정 실행 동안 알려진 두께를 가지는 게이지 블록을 회전하여 측정 간격(gap) 내에 들어가게 하고 상기 게이지 블록을 상기 측정 간격의 폭 전체에 걸쳐서 이동함으로써, 횡방향에서 위치의 함수로서 x-오프셋이 판단되는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 게이지 블록은 상기 하부 센서에 고정되어, 상기 게이지 블록에 대한 상기 하부 센서의 x-오프셋은 0이 되고, 상기 게이지 블록은 상기 상부 센서가 상기 게이지 블록의 가장자리를 검출하는 방식으로 정렬되며, 상기 보정 실행 동안에 상기 게이지 블록의 가장자리는 횡방향의 위치의 함수로서 기록되어, 상기 게이지 블록의 상기 가장자리의 판단에 근거하여, x-방향에서 측정값의 절대값을 사용할 수 있고, 상기 측정값의 절대값에 의해 상기 하부 센서에 대한 상기 상부 센서의 변위가 계산될 수 있는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  13. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, y-방향으로 기울어질 경우(즉, 운송 방향으로) 기울어질 경우에,
    - 0°의 기울기에서 게이지 블록 상의 마스터 측정을 하는 단계;
    - 미리 정해진 각도의 기울기로 인한 부정확한 센서 조정에 의해 생성된 오프셋(offset)을 계산하는 단계에 의해 측정 오차의 보정이 이루어지고,
    기울기 및 간격 값의 알려진 각도에서, y-방향에서의 오프셋이 계산되는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 미리 정해진 각도는 y-방향에서(즉, 움직이는 방향에서) 10°내지 20°및 -10°내지 -20°인 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  15. 제13항에 있어서, 보정 실행 동안에 y-방향에서 센서 조정 오차의 변화는 기록되고, 상기 게이지 블록은 가장자리를 나타내며, 상기 가장자리의 배향은 상기 횡방향의 수직으로부터 벗어나 있으며, 가장자리에서의 측정된 값의 변화는 이송 방향으로 상기 센서의 기울기를 정의하는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 배향은 상기 횡방향의 수직으로부터 45°만큼 벗어나 있는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  17. 측정 물체의 두께를 측정하기 위한 장치로서,
    센서들 서로에 대하여 미리 정해진 거리에서,
    적어도 하나의 센서는 상기 측정 물체의 상부로부터 상기 측정 물체에 대하여 측정을 하고,
    적어도 하나의 다른 센서는 상기 측정 물체의 하부로부터 상기 측정 물체에 대하여 측정을 하며,
    상기 측정 물체의 두께는 수식 D = Gap - (S1 + S2)에 의해 계산되며,
    D = 상기 측정 물체의 두께,
    Gap = 상기 센서들 사이의 거리,
    S1 = 상부 센서로부터 상기 측정 물체의 상면까지의 거리, 및
    S2 = 하부 센서로부터 상기 측정 물체의 하면까지의 거리이고,
    횡방향으로 가장자리를 나타내어 상기 가장자리의 위치가 평가되는 계측 수단의 도움에 의하여, 상기 센서들의 변위 및 상기 센서들의 기울기 중 적어도 하나에 의해 생성된 측정 오차는 보정되며,
    회전 기구에 의하여, 상기 계측 수단은 회전하여 측정 범위로 들어가고, 상기 계측 수단은 회전하여 상기 측정 범위 밖으로 나가는 것을 특징으로 하는 측정 물체의 두께를 측정하기 위한 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 계측 수단은 가장자리를 더 나타내고, 상기 가장자리의 배향은 상기 횡방향에 대한 수직으로부터 벗어나 있으며, 상기 가장자리의 위치는 평가되는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 배향은 상기 횡방향의 수직으로부터 45°만큼 벗어나 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 삭제
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