KR101956946B1 - 투명 부품을 위한 운동학적인 고정물 - Google Patents

투명 부품을 위한 운동학적인 고정물 Download PDF

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Abstract

광 구성요소를 위치시키는 고정 장치는 투명 베이스를 가진다. 투명 물질로 형성된 조정 판은 베이스에 운동학적으로 연결된다. 지지대들은 광 구성요소를 설치하기 조정 판으로부터 뻗어 있다. 다수의 정렬 소자들은 지지대들 상에 설치된 광 구성요소의 하나 이상의 에지들을 정렬시키기 위해 투명 베이스로부터 뻗어 있다.

Description

투명 부품을 위한 운동학적인 고정물{KINEMATIC FIXTURE FOR TRANSPARENT PART}
본 출원은 35 U.S.C. § 120 하에 2011년 8월 12일에 출원된 미국 출원 제13/208798호의 우선권 주장 출원이며, 상기 미국 출원의 전반적인 내용은 참조로서 본원에 병합된다.
본 발명은 일반적으로 광 계측 분야에서 광 고정 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 가변적인 형상 및 곡률의 얇은 투명 표면들을 지지하는 운동학적인 고정 장치(kinematic fixture apparatus)에 관한 것이다.
실질적으로 평탄하거나 평면의 표면들을 가진 광 구성요소들을 고정 및 측정하는 기술은 광 계측 기술 분야의 통상의 기술자에게 매우 잘 알려져 있다. 그러나, 평탄한 구성요소들을 이용하여 계측에 사용되는 다수의 동일한 고정 기술은 비-평면의 표면들을 갖춘 얇은 부품들의 장착 및 계측에 대해 적합하지 않을 수 있다. 예를 들면, 소형 전자 장치 및 다른 장치에 사용되기 위해 설계된 부품들 등의 얇은 유리 부품들은, 평탄한 형상보다는 장치의 외형에 보다 적합한 비-평면의 3 차원 형상들을 가지기 위해, 종종 성형되거나 형상화된다. 상기와 같은 부품들의 허용 오차는 특정 적용물에 의존하여 요구될 수 있다. 광 테스트 및 측정을 위한 고정물에 곡선 부품을 적당히 위치시키는 것은 어려울 수 있되, 측정된 부품을 변형시킴으로써 구현된 측정물과 절충하거나, 심지어 구성요소를 잠재적으로 손상시킬 수 있는 극 제약적인(overconstraint) 일부 측정을 실행함 없이 어려울 수 있다.
구성요소 고정물과의 문제점은 자동으로 테스트되는 시스템들의 사용으로 복잡해질 수 있다. 고정물 그 자체의 변형 중에 부품의 부주의한 이동 또는 측정을 위해서, 고정물 내의 곡선 부품의 적당한 위치의 허용 오차의 에러는 약간 있을 수 있다. 나아가, 종래의 고정물들은 금속 또는 불투명한 다른 강성 물질로 형성되어, 계측 시스템에 대한 광원 선택에 있어서는 제약이 뒤따랐다.
고정물 내의 단지 하나의 위치에서만 측정되는 시트 부품이 특히 매끄러움을 제공하고, 부품들의 계측의 효율적인 작업 흐름을 제공하는데 사용되도록, 배치 선정이 반복적으로 이루어진다. 특히, 얇고, 비-평면의 구성요소들의 위치를 반복적으로 선정하는 것은, 위치 선정 에러에 대해 허용 오차가 최소로 하는 특별한 도전과제일 수 있다.
계측을 위한 고정 부품들에서, 일반적으로 부품들의 이동이 직각 축들(x, y 및 z)을 따라 변형되는 것을 제약하고, 이뿐 아니라, 축(θx 또는 "피치(pitch)", θy 또는 "롤(roll)", θz 또는 "요(yaw)") 중심으로 하여 회전되는 것을 제약할 필요가 있다. 종래의 고정(clamp) 또는 진공 유지 기술(vacuum holding techniques)은 부품을 적소에 유지시킬 수 있지만, 그러나 극 제약이 있고, 일부 방식으로 측정 부품을 변형시킬 위험이 있어서, 부정확한 측정을 초래하는 특징이 있다. 고정물의 극 제약적인 문제점은 열 조건에 의해 더 악화될 수 있다.
이로써, 볼 수 있는 바와 같이, 광 구성요소 고정물, 특히 곡률도(degree of curvature)를 일부 포함한 부품들을 위한 광 구성요소 고정물을 개선하는 방법 및 장치가 필요하다.
본 발명의 목적은 광 구성 요소 계측을 위한 고정물 분야를 개선하는 것에 있다. 본 발명의 목적을 고려하여, 본 발명은 광 구성요소를 위치시키는 고정 장치를 제공하고, 상기 장치는:
투명 베이스(transparent base);
상기 베이스에 운동학적으로(kinematically) 연결되고, 투명 물질로 형성된 조정판;
상기 광 구성요소를 설치하기 위해, 상기 조정판으로부터 뻗어 있는 복수의 지지대들(support posts); 및
상기 지지대들 상에 설치된 광 구성요소의 하나 이상의 에지들을 정렬시키기 위해, 상기 투명 베이스로부터 뻗어 있는 복수의 정렬 소자들;을 포함한다.
본 발명의 특징은, 광 구성요소를 지지하는 구조체들을 고정물의 장착 베이스로부터 기계적으로 분리시키는데 도움을 주는 운동학적인 설계의 사용에 있다.
본 발명의 이점은 운동학적인 제약 기술을 사용하여 만곡된 프로파일을 가진 얇은 광 구성요소들의 위치 선정을 지지하는 성능에 있다.
본 발명의 또 다른 이점은, 6 개에 불과한 접촉점을 제공하는 부품 배치의 반복성을 위한 성능에 있고, 이때 6개의 접촉점 중 3 개의 접촉점은 곡선 표면의 지지를 위한 것이고, 나머지 3 개의 접촉점은 부품의 에지들을 맞추기 위한 것이다. 본 발명의 장치는 또한 투명한 부품들의 계측을 위한 특별 이점을 가지게 되어, 고정물 그 자체를 통하여 부품들에 광이 지향되도록 한다.
본 발명의 다른 바람직한 목적, 특징 및 수단은 기술 분야의 통상의 기술자에게 발생될 수 있거나 명백해질 수 있다. 본 발명은 첨부된 청구항에 의해 정의된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고정 장치의 사시도이다.
도 2는 고정 장치의 단면 사시도이다.
도 3은 서로 다른 각도에서 보여준 고정 장치의 단면 사시도이다.
도 4는 고정 장치를 아래에서 본 하부 사시도이다.
도 5는 장착 광 구성요소가 없는, 위에서 본 고정 장치의 상부도이다.
본원에서 도시되고 제시된 도면은 다양한 실시예들에 따른 광 장치에 대한 제조 및 제조의 주요 원리를 설명하기 위해 제공되고, 다수의 이러한 도면은 실제 크기 또는 축척으로 도시되지 않았다. 일부는 기본적인 구조 관계 또는 동작 원리를 강조하기 위해 필요에 따라 과장되게 도시될 수 있다. 예를 들면, 일부 동일 평면 상의 구조체들은 이러한 구조체들이 겹쳐있는 도면에서 서로 다소 치우쳐 보일 수 있다.
본 발명에 사용되는 "제 1", "제 2", "제 3" 등의 용어는 서수 또는 우선 관계로 반드시 나타낼 필요가 없지만, 일 측 소자 또는 시간 간격이 타 측 것과는 보다 명확하게 구분되는데 사용될 수 있다. 본원에서 교시된 "제 1" 또는 "제 2" 소자는 고정되어 있지 않고; 이러한 기술어는 단지 본원의 문맥에서 일 측 소자를 타 측의 유사한 소자로부터 명확하게 구분되기 위해 사용되었을 뿐이다(예를 들면, 동일한 부품들이 참조되는 순서 등).
본원의 문맥에서, 용어 "투명한(transparent)"은 적어도 약 400 내지 약 750 nm의 범위에 걸친, 바람직하게, 자외선(UV) 또는 적외선(IR) 스펙트럼의 추가적인 부분들을 포함하는 보다 넓은 범위에 걸친 가시 광에 대한 투과를 의미한다. "투과(Transmissive)"는 상기 범위 상에서 입사 광의 적어도 약 70%의 투과를 포함하는 것을 의미한다; 보다 바람직하게, 투과는 입사광의 90%를 초과한다.
본원의 문맥에서, 용어 "운동학적 연결(kinematic coupling)"은, 하나 이상의 구성 요소를 위해 사용되는 연결 방법의 유형에 관한 것이다. 종래의 기계적인 연결 방법은 대안적으로 장치 조립을 위해 사용될 수 있다. 본원의 문맥에서, 용어 "단일 접촉점(single-point contact)"은 기계 분야의 통상의 기술자에게 있어 명백한 바와 같이 관례적인 의미를 가진다.
본원의 문맥에서, 곡선 표면은, 약 10 미터 미만인 곡률 반경을 가진 표면으로 고려될 수 있다. 평면의 표면은 약 10 미터를 초과한 반경을 가진다. 본 발명의 실시예들은 평면 또는 곡선 표면, 예를 들면 100 cm 내의 곡률 반경을 가진 곡선 표면들을 포함한 곡선 표면을 가진 광 구성요소를 고정하는 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예들의 장치 및 방법은 가능한 형상 및 곡률의 범위를 가질 수 있는 광 구성요소들을 위한 고정물을 제공하는데 도움을 준다. 예를 들면, 도 1의 사시도는, 본 발명의 실시예에 따른 고정 장치(20) 내에 설치되고, 얇고 다소 만곡된 유리 판으로 나타난 투명 광 구성요소(10)를 도시한다. 고정 장치(20)는, 투명하고 광 계측 시스템(미도시) 내에, 예를 들면, 장착 볼트들(24)을 사용하여 장착되기 위한 특징을 이룬 베이스(22)를 가진다. 투명 물질로 형성되기도 한 조정판(30)은 베이스(22)에 운동학적으로 연결되고, 광 구성요소(10)를 설치하는 지지대들(32a, 32b 및 32c)을 제공한다. 광 구성요소(10)가 고정 장치(20)에 설치되면, 정렬 소자들(26a, 26b 및 26c)은 광 구성요소(10)의 에지들(12a 및 12b)을 정렬시키기 위해 투명 베이스(22)로부터 뻗어나간다.
도 1의 사시도로부터 볼 수 있는 바와 같이, 베이스(22)에 연결되며 그리고 상기 베이스로부터 지지된 구성요소들은 도 1의 직각 축들에 의해 도시된 바와 같이, 6 개 자유도(degrees of freedom, DOF)마다 구속 패턴(pattern of constraints)을 나타낸다. 이러한 구속 패턴으로 광 구성요소(10)는 고정 장치(20)에 정확하게 그리고 반복적으로 위치될 수 있으며, 그리고 고정 또는 진공 또는 극 구속 장치(overconstraining device) 또는 극 구속력을 필요로 하지 않고, 적당한 위치에 위치할 수 있다.
도 1의 사시도 및 도 2의 단면도는, 조정판(30)에 제공되고 측정될 광 구성요소(10)의 외형에 대해 판(30)이 적합한 각도로 기울어지도록 하는 운동학적 장착을 상세하게 도시한다. 조정판(30)은 제시된 실시예에서 거의 삼각형을 이루지만, 다른 적합한 형상을 가질 수도 있다. 3 개의 조정 가능한 지지 소자들(34a, 34b, 34c)은 조정판(30)에 대한 필요 각도를 얻기 위해 제공된다. 공간에서의 3 개의 지점들이 평면으로 정의되기 때문에, 각 지지 소자들(34a, 34b, 34c)의 높이는 조정판(30)의 표면들과 평행한 평면의 해당 경사를 정의한다.
3 개의 에지 정렬 소자들(26a, 26b 및 26c) 각각은 광 구성요소(10)의 해당 에지를 따라 단일 접촉점을 제공한다.
도 2에서 보다 명확하게 도시된 바와 같이, 숄더 스크류(shoulder screw)(42) 상의 압축 스프링(40) 등의 하중 소자(loading element)는 하중력(L)을 제공하고, 이때 상기 하중력은 조정 가능한 지지 소자들(34a, 34b 및 34c) 각각에서 선반 받침대(shelf)(36)에 대해 조정판(30)의 하부 표면(38)을 가한다(도 2에서 단면으로 도시된 소자(34c)). 스프링(40) 또는 다른 유형의 하중 소자의 하중력(L)은, 조정판(30)에 지각할 수 있는 변형을 일으킴 없이, 조정 가능한 지지 소자들(34a, 34b 및 34c)에게 하중력을 제공하기에 충분하도록 선택된다.
도 1 내지 4에서 도시된 바와 같이, 조정 가능한 지지 소자들(34a, 34b 및 34c) 각각은 볼 말단(44)을 형성하는 원형 샤프트에서 마무리된다. 각각의 볼 말단(44)은 운동학적 연결로서 v-형 그루브(groove) 또는 v-그루브(48)에 설치된다. 본 발명의 실시예와 일치하도록, 각 v-그루브(48)의 하부에서의 교차선이 숄더 스크류(42)의 중앙 축으로 또는 상기 중앙 축 근방으로 뻗어갈 시에 선택적으로 교차한다.
지지대들(32a, 32b 및 32c)은, 측정되는 광 구성요소(10)의 표면에 대해 3 개의 접촉점을 제공한다. 본 발명의 일 실시예와 일치하도록, 지지대들(32a, 32b 및 32c)은 동일한 길이를 가지지만, 그러나 대안적인 실시예에서 서로 다른 길이를 가질 수도 있다. 각각의 조정 가능한 지지 소자(34a, 34b, 및 34c)에서, 액추에이터(46)는 해당 높이 조정을 구현하기 위해 제공된다. 액추에이터들(46)은 조정 설정에 응답하여 미세한 축 움직임을 가능케 하는 마이크로미터 유형의 액추에이터일 수 있거나, 또는 수직 조정을 구현하기 위한 다른 적합한 유형을 가진 액추에이터일 수 있다.
도 3 및 5에 가장 명확하게 도시된 바와 같이, 에지 정렬 소자들(26a, 26b 및 26c) 각각은 애매성 없이, 광 구성요소(10)를 반복적으로 위치시키는데 도움을 주는 단일 접촉점을 제공한다. 게다가, 지지대들(32a, 32b 및 32c)과 조합하여, 정렬 소자들(26a, 26b 및 26c)은 처리 또는 이동하는 동안 광 구성요소(10)의 이동 또는 움직임을 테스트 고정물 내에서 방지하는데 도움을 줄 수 있다. 기생적인 구속력을 최소화시키는 이상적인 접촉점에 가깝게 하기 위해서, 정렬 소자들(26a, 26b 및 26c)의 측면들은 매우 작은 영역 상에서 에지들(12a 및 12b)에 대해 접촉을 제공하기 위해 특징화된 수평 단면으로 각이져 있다. 도 3 및 5에 도시된 바와 같이, 정렬 소자들(26a, 26b 및 26c) 각각은 광 계측 장치에 의해 위치 기준으로 사용되는 광 타겟(50)으로 특징이 더 이루어진다.
고정 장치(20)는 곡선 표면들을 가진 광 구성요소들을 고정시키는데 도움을 주는 다수의 특징부들을 가진다. 도 3에서 정렬 소자(26a)의 단면에 도시된 바와 같이, 선택적인 다월 핀(dowel pin)(52) 및 스크류(54)는 베이스(22)에 대한 위치에서 에지 정렬 소자들을 보다 강하게 잠그도록 사용된다.
바람직하게, 고정 장치(20)는 광 구성요소(10)를 지지하는 중력을 이용한다. 하나 이상의 지지대들(32a, 32b 및 32c)의 상부 표면들(56)은 광 구성요소(10)의 지지 표면과 접촉하는 접점에서 원하는 마찰량을 제공하기 위해, 원형화, 평탄화, 거칠화, 코팅화, 외형 처리화 또는 다른 처리화될 수 있다.
조정판(30)에 대한 조정은 설정될 젖힘, 경사 및 높이 등의 셋팅을 가능케 하고 그 결과 이러한 셋팅은 측정되는 부품들의 형상에 적합해진다. 특정 부품에 대해 조정되면, 고정 장치(20)는 정확한 위치 선정을 제공하기 위해 반복적으로 사용될 수 있다. 광 측정 기구(미도시)로 사용되는 간섭 측정 레이저(interferometric laser)는 지지대들(32a, 32b 및 32c) 각각의 수직 위치를 체크하기 위해, 그리고 셋팅이 축에 대해 평평해졌는지, 또는 상기 축에 대해 기울여졌는지를 판별하는데 도움을 주기 위해 사용될 수 있다.
베이스(22) 및 조정판(30)의 투명도는 측정 처리 동안 아래로부터 광 구성요소(10)를 향하여 광을 지향되도록 한다. 이는 예를 들면, 부품의 전반적인 형상을 측정하거나, 또는 광 구성요소(10)의 반투명도 또는 다른 특성을 측정할 수 있는 이점을 가질 수 있다. 대안적으로 다양한 유형의 코팅물, 예를 들면, 반사 방지(anti-reflection, AR) 코팅물은 베이스(22) 및 조정판(30)의 표면들에 적용될 수 있다.
고정 장치(20)는 다수의 유형을 가진 적합한 물질들로 형성될 수 있다. 베이스(22) 및 조정판(30)은, 가공 가능한 유리, 또는 폴리카보네이트 등의 유리일 수 있거나, 필요한 투명 특성을 가진 적합한 다른 천연 또는 합성 물질일 수 있다. 조정판(30) 상의 매우 작은 접촉 표면적을 사용하는 것은, 열이 요인일 수 있는 베이스(22)로부터 판(30)을 더 분리시키는데 도움을 준다.
도 2에 L로 표기된 하중력은 굴곡, 또는 일부 다른 하중 소자 또는 힘을 사용하여 제공될 수 있거나, 도시된 바와 같이 스프링(40)에 의해 제공될 수 있다.
본 발명은 특정 바람직한 실시예들에 대한 특정 참조물을 이용하여 상세하게 기술되었지만, 그러나 상술된 바와 같이, 특히 첨부된 청구항과 같이, 변화 및 변형이 본 발명의 권리 범위를 벗어남 없이 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 본 발명의 권리 범위 내에서 가능하다는 것을 이해하여야 한다. 본 발명은 청구항에 의해 정의된다.
이로써, 광 구성요소를 위치시키는 고정 장치가 제공된다.

Claims (10)

  1. 광 구성요소를 위치시키는 고정 장치에 있어서,
    대향하는 상부 표면 및 하부 표면을 가진 투명 베이스;
    투명 물질로 형성된 조정판 - 상기 조정판은 대향하는 상부 표면 및 하부 표면을 가지며, 그리고 상기 조정판의 하부 표면이 상기 투명 베이스의 상부 표면을 향하도록 상기 베이스에 운동학적으로(kinematically) 연결됨;
    상기 광 구성요소를 설치하기 위해, 상기 조정판의 상부 표면으로부터 뻗어 있는 복수의 지지대들;
    상기 지지대들 상에 설치된 광 구성요소의 하나 이상의 에지들을 정렬시키기 위해, 상기 투명 베이스의 상부 표면으로부터 뻗어 있는 복수의 정렬 소자들; 및
    상기 투명 베이스를 향하여 상기 조정판에 하중력을 가하는 스프링;을 포함하는 광 구성요소 위치 고정 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 조정판은, 상기 베이스로부터 뻗어 있는 제 1, 제 2, 및 제 3 조정 가능한 지지 소자들을 사용하여 상기 베이스에 운동학적으로 연결되는 광 구성요소 위치 고정 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 조정 가능한 지지 소자들 중 적어도 하나는 액추에이터를 가지는 광 구성요소 위치 고정 장치.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 조정판은, 상기 베이스로부터 뻗어 있는 복수의 조정 가능한 지지 소자들에 의해 상기 베이스에 운동학적으로 연결되고,
    상기 복수의 조정 가능한 지지 소자들 각각은 상기 투명 베이스에 형성된 해당 v 형 그루브에 대해 설치되는 원형 수단으로 마무리되는 광 구성요소 위치 고정 장치.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 조정판은 폴리카보네이트 플라스틱 물질로 형성되는 광 구성요소 위치 고정 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 조정판 및 상기 베이스 중 적어도 하나는 유리인 광 구성요소 위치 고정 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 지지대들은 상기 광 구성요소를 설치하는 3 개의 접촉점을 제공하는 광 구성요소 위치 고정 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 지지대들은 적어도 2 개의 서로 다른 길이를 가지는 광 구성요소 위치 고정 장치.
  10. 청구항 1 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 베이스의 하나 이상의 표면들은 반사 방지 코팅물을 가지는 광 구성요소 위치 고정 장치.
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