KR102293817B1 - 인-시튜 측정 및 소팅을 갖는 레이저 튜브 커터 - Google Patents

인-시튜 측정 및 소팅을 갖는 레이저 튜브 커터 Download PDF

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Abstract

레이저 튜브-커팅 머신이 개시된다. 튜브-커팅 머신은 미가공 재료가 머신에 진입하는 프로세싱 스테이션, 미가공 재료를 홀딩 및 포지셔닝하도록 구성된 홀딩 및 포지셔닝 스테이션, 커팅 이전 및 커팅 이후 모두에서 튜브의 다양한 양상들을 측정하도록 구성된 적어도 하나의 센서 및 레이저를 포함하는 적어도 하나의 결합형 측정 및 레이저 커팅 스테이션, 및 커팅된 재료가 머신을 퇴장하는 유출 프로세싱 스테이션을 포함할 수 있다.

Description

인-시튜 측정 및 소팅을 갖는 레이저 튜브 커터{LASER TUBE CUTTER WITH IN-SITU MEASURING AND SORTING}
관련 출원에 대한 상호-참조
본 출원은, 2014년 7월 16일 출원되고, 시리얼 번호 제 62/025,181호의 미국 가출원을 우선권으로 주장하는 정규 출원이며, 그 전체 내용은 인용에 의해 본원에 포함된다.
커팅 툴들, 전극들 또는 레이저들과 같은 다양한 구현들을 사용한 커팅 프로세스에 의해 부분들을 제조하기 위해 머신 툴들이 사용된다. 머신 툴들은 수동으로 동작되거나, 기계적으로 자동화되거나, 또는 CNC(computer numerical control)를 통해 디지털적으로 자동화될 수 있다. 일 유형의 머신 툴은 길고 가는 튜브들을 작은 스케일로 커팅하기 위한 튜브-커팅 머신이다.
마커 밴드(marker band) 및 스텐트(stent) 애플리케이션들과 같은 생체의학 애플리케이션들을 위한 튜브들의 생산은, 예컨대 미가공 튜브(raw tube) 직경, 미가공 튜브 벽 두께 등과 같은 인입 재료 품질(incoming material quality), 및 커팅된 튜브(cut tube) 직경, 커팅된 튜브 벽 두께 및 커팅된 튜브 길이와 같은 완성된 부분 치수(finished part dimension)들을 포함하는 엄격한 프로세스 품질을 요구한다.
일반적으로, (미가공 튜브의 형상이 통상적으로 길고 가늘기 때문에) 미가공 튜브는 취성(fragile)이고, 튜브를 커팅 머신 내로 로딩하는 핸들링 프로세스 동안뿐만 아니라 커팅 머신 내측의 피딩 메커니즘에서 손상될 수 있다. 결과적으로, 미가공 튜브들이 머신에 로딩되기 전에 미가공 튜브들의 품질을 측정하는 것은 전체적인 품질을 보장하기에는 충분하지 않다. 미가공 튜브 품질은 통상적으로, 커팅 프로세스의 업스트림에서 어떠한 손상도 발생하지 않았다는 것을 보장하기 위해 커팅 프로세스 직전에 검증되는 것이 바람직하다. 그러나, 미가공 튜브 품질이 이러한 방식으로 측정될 수 없는 경우, 완성된 부분들은 커팅 프로세스의 다운스트림에서 측정되어야 한다.
부가하여, 완성된(커팅된) 부분들은 일반적으로 작으며(예컨대, 통상적으로 0.010" 내지 0.250"의 직경들 및 개략적으로 1:1의 길이-대-직경 비율들을 가짐), 그 때문에 이들 부분들은 핸들링하기 어려운 경향이 있다. 결과적으로, 커팅 프로세스가 발생한 후에, 완성된 부분의 품질을 측정에 의해 검증하는 것은 난제이다.
튜브 커팅 시스템들에서 사용된 이전 세대들의 레이저들은 거친 커팅-에지를 생성하여, 커팅 동안의 또는 커팅 직후의 검사를 비실용적이게 만들었다. 대신에, 커팅된 피스들은, 측정들이 수행될 수 있기 전에 먼저 세정(데버링(de-burr), 텀블링(tumble), 세척 등)되어야 했다. 튜브 커팅 시스템들에서 사용된 최신 세대의 레이저들은 깨끗한 커팅-에지를 생성하여, 커팅 동안의 또는 커팅 직후의 검사를 실용적이게 만든다.
작은 스케일의 튜브 커팅 애플리케이션들을 수행하기 위한 머신을 포함하는 시스템의 실시예들이 본원에서 개시된다. 머신은 작은 튜브들을 커팅 및 측정하기 위해 다수의 단계들을 수행하는 단일의 통합형 머신이다. 머신은 작은 튜브들을 생성 및 측정하기 위한 높은-생산성의 고정밀 성능을 제공한다.
일 실시예에서, 결합형 레이저 커팅 및 측정 스테이션이 개시된다. 이 스테이션은, 튜브를 커팅하도록 구성된 레이저, i) 튜브가 커팅되기 직전에, ii) 튜브가 커팅되는 동안, 또는 iii) 튜브가 커팅된 직후에, 커팅 및 측정 스테이션에서 튜브의 제 1 측정을 하도록 구성된 제 1 센서, i) 튜브가 커팅되기 직전에, ii) 튜브가 커팅되는 동안, 또는 iii) 튜브가 커팅된 직후에, 커팅 및 측정 커팅 스테이션에서 튜브의 제 2 측정을 하도록 구성된 제 2 센서, 및 i) 튜브가 커팅되기 직전에, ii) 튜브가 커팅되는 동안, 또는 iii) 튜브가 커팅된 직후에, 커팅 및 측정 스테이션에서 튜브의 제 3 측정을 하도록 구성된 제 3 센서를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 튜브-커팅 머신이 개시된다. 머신은 미가공 재료가 머신에 진입하는 프로세싱 스테이션을 포함할 수 있다. 이 프로세싱 스테이션은 미가공 재료를 머신에 로딩하기 위한 로봇식 시스템(robotic system)을 포함할 수 있다. 머신은, 미가공 재료를 홀딩 및 포지셔닝하도록 구성된 홀딩 및 포지셔닝 스테이션, 커팅 직전에, 커팅 동안 그리고 커팅 직후에 튜브의 적어도 하나의 측정을 하도록 구성된 적어도 하나의 센서 및 레이저를 포함하는 적어도 하나의 결합형 측정 및 레이저 커팅 스테이션, 및 커팅된 재료가 머신을 퇴장하는 유출 프로세싱 스테이션(outflow processing station)을 더 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 방법이 개시된다. 방법은, 커팅 프로세스 직전의 미가공 튜브의 커팅되지 않은 단부의 위치(M1)를 결정하는 단계; 커팅 프로세스 직후의 미가공 튜브의 커팅된 단부의 위치(M2)를 결정하는 단계; 및 튜브 피스의 커팅 길이를 결정하기 위해, M1 - M2 - 커프 폭(kerf width)을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
이들뿐만 아니라 다른 양상들, 이점들 및 대안들은, 적절한 경우 첨부 도면들을 참조하여 다음의 상세한 설명을 읽음으로써, 당업자들에게 명백해질 것이다.
본 발명의 예시적인 실시예들이 도면들을 참조하여 본원에서 설명되며, 도면들에서:
도 1은 실시예에 따른, 인클로저 내의 예시적 튜브-커팅 머신의 사시도이다.
도 2는 실시예에 따른, 인클로저 내의 예시적 튜브-커팅 머신의 정면도이다.
도 3은 실시예에 따른, 인클로저 내의 예시적 튜브-커팅 머신의 평면도이다.
도 4a는 실시예에 따른, 튜브-커팅 머신의 다양한 부분들의 사시도이다.
도 4b는 실시예에 따른, 튜브-커팅 머신의 다양한 부분들의 확대 사시도이다.
도 4c는 실시예에 따른, 튜브-커팅 머신의 다양한 부분들의 추가의 확대 사시도이다.
도 5a는 실시예에 따른, 튜브-커팅 머신의 다양한 부분들의 다른 사시도이다.
도 5b는 실시예에 따른, 튜브-커팅 머신의 다양한 부분들의 확대 사시도이다.
도 5c는 실시예에 따른, 튜브-커팅 머신의 다양한 부분들의 추가의 확대 사시도이다.
도 6은 실시예에 따른 컴퓨팅 디바이스의 블록도이다.
도 7은 실시예에 따른 예시적 방법의 흐름도를 도시한다.
다음의 상세한 설명에서, 본원의 부분을 구성하는 첨부 도면들에 대한 참조가 이루어진다. 도면들에서, 유사한 부호들은 통상적으로, 문맥이 달리 지시하지 않는 한, 유사한 컴포넌트들을 식별한다. 상세한 설명, 도면들, 및 청구항들에 설명된 예시적 구현들은 제한하려는 것으로 의도되지 않는다. 본원에서 제시되는 청구 대상의 범위로부터 벗어남이 없이, 다른 구현들이 활용될 수 있으며, 다른 변경들이 이루어질 수 있다. 본원에서 일반적으로 설명되고 도면들에서 예시되는 바와 같은 본 개시내용의 양상들은, 모두가 본원에서 명시적으로 고려되는 매우 다양한 상이한 구성들로 배열, 대체, 결합, 분리 및 설계될 수 있다는 것이 용이하게 이해될 것이다.
본 출원은 일반적으로 머신 툴들에 관한 것으로, 더 구체적으로는 작은 스케일의 고정밀 머시닝 동작들을 수행하도록 구성된 머신 툴들에 관한 것이다. 본 출원의 일 실시예에서, 머신 툴은, 튜빙(tubing)이 짧은 섹션들이 되든 또는 특정 형상이 되든, 튜빙을 정밀하게 커팅하도록 구성된 튜브-커팅 머신이다. 이러한 머신은, 예컨대 대략 0.010 인치 직경 내지 대략 0.250 인치 직경의 튜브 크기들에 대한 다수의 상이한 애플리케이션들, 완성된 부분들에 대한 치수 측정 및 검증이 요구되는 튜브 커팅 애플리케이션들, 및 매우 미세한 커팅 품질(에지 품질, 표면 마감, 커팅 후의 튜브 원통도(cylindricity) 등)이 요구되는 튜브 커팅 애플리케이션들에 대한 튜브 커팅 동작들을 수행하도록 설계될 수 있다. 본 출원의 머신이 사용될 수 있는 애플리케이션들 중 하나의 예는, 심장 카테터 마커 밴드들 및 심장 스텐트들을 커팅하는 것과 같은 생체의학 애플리케이션들에서이다. 그러나, 본 출원의 머신이 또한, 부가적인 튜브 크기들에 대해 그리고 본원에서 설명된 것들 이외의 애플리케이션들을 위해 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
도 1은 인클로저 내의 예시적 튜브-커팅 머신(100)의 사시도를 도시하고; 도 2는 예시적 튜브-커팅 머신(100)의 정면도를 도시하고; 도 3은 예시적 튜브-커팅 머신(100)의 평면도를 도시한다. 이들 도면들에서 도시된 바와 같이, 머신은 결합형 레이저 커팅 및 부분 측정 시스템(104), 레이저 커팅 및 부분 측정 시스템의 동작 및 제어를 용이하게 하기 위한 사용자 인터페이스 디바이스(102), 및 레이저 커팅 및 부분 측정 시스템을 동작시키고 보조하는 다양한 시스템들, 이를테면, 전력 시스템들, 부분 수집 시스템들, 컴포넌트 냉각 시스템들뿐만 아니라 다른 것들을 하우징하기 위한 머신 컴포넌트 영역(106)을 포함할 수 있다. 유입 시스템(in-flow system) 또는 피더(feeder)가 또한 머신에 고정될 수 있다. 피더는, 미가공 재료들(예컨대, 커팅되지 않은 미가공 튜브들)이 머신에 진입하는 하나 또는 그 초과의 프로세싱 스테이션들(401)을 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 사용자 인터페이스 디바이스(102)는 레이저 커팅 및 부분 측정 시스템의 동작 및 제어를 용이하게 하는 다양한 사용자 인터페이스 컴포넌트들을 포함할 수 있는 스탠드 상에 장착될 수 있다. 이러한 사용자 인터페이스 컴포넌트들(도 6을 참조하여 본원에서 추가로 설명됨)은 하나 또는 그 초과의 컴퓨팅 디바이스들(이를테면, 마이크로제어기 또는 특수-목적 프로세서), 그래픽 사용자 인터페이스들, 개인용 컴퓨터들, 및/또는 태블릿 컴퓨터들을 포함할 수 있다. 이들 컴퓨팅 디바이스들은, 레이저 커팅 및 부분 측정 시스템의 다양한 컴포넌트들로 하여금, 원하는 재료 프로세싱 및 커팅 동작들을 수행하기 위한 그러한 방식으로 동작하게 하는 프로그래밍 명령들을 실행하도록 구성될 수 있다. 컴퓨팅 디바이스들은 또한, 다양한 센서들에 의해 수집된 측정 데이터를 수집 및 저장하고, 그 데이터를 사용하여 시스템의 다른 디바이스들의 거동에 영향을 미치도록 구성될 수 있다.
예컨대, 사용자 인터페이스 디바이스(102)는, 사용자로부터 입력을 수신하고, 이 입력에 대한 응답으로 결합형 레이저 커팅 및 부분 측정 시스템(104)의 다양한 컴포넌트들을 제어하도록 구성될 수 있다. 그리고, 결합형 레이저 커팅 및 부분 측정 시스템 내의 컴포넌트들은 사용자 인터페이스에서 제공된 입력에 기반하여 제어 신호들을 수신할 수 있다. 그러나, 결합형 레이저 커팅 및 부분 측정 시스템(104)을 동작시키고 제어하기 위한 다른 방식들이 또한 가능하다.
머신은 외측 인클로저/커버를 포함할 수 있다. 인클로저는 예컨대 금속으로 이루어질 수 있지만, 다른 적절한 재료들이 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 인클로저는, 외부 오브젝트들이 메커니즘들 및 움직이는 부분들에 들어가는 것을 방지하고 머신 오퍼레이터를 부상으로부터 보호하는 것을 도울 수 있다. 레이저 시스템들의 경우, 인클로저는 또한, 레이저 광이 빠져나가서 머신 외측의 어떠한 것도 잠재적으로 손상시키지 않는다는 것을 보장하기 위해 사용된다.
도 4a-c 및 도 5a-c는 예시적 튜브-커팅 머신(100)의 예시적 레이저 커팅 및 부분 측정 시스템(104)의 사시도들을 도시한다. 이들 도면들에 대해 레이저 커팅 및 부분 측정 시스템(104)에 대한 추가의 참조가 이루어질 것이다. 이들 도면들 전체에 걸쳐 도시된 바와 같이, 레이저 커팅 및 부분 측정 시스템은 그래나이트 베이스(granite base) 상에 배치될 수 있다. 언급된 바와 같이, 미가공 튜브들은 대략 0.010 인치의 직경 내지 대략 0.250 인치의 직경, 및 대략 2 피트 내지 대략 6 피트 길이일 수 있다. 튜브들은 예컨대, 백금 합금으로 이루어질 수 있다. 다른 실시예들에서, 튜브들은 니켈-티타늄 합금으로 이루어질 수 있다. 그러나, 이들은 단지 예시적 재료들이며, 다양한 다른 재료들이 사용될 수 있다.
피더는 또한, 다량의 미가공(커팅되지 않은) 튜브들을 홀딩하기 위한 미가공 재료 큐(raw material queue)를 포함할 수 있다. 큐는 다수의 튜브들, 이를테면 100개의 튜브들을 홀딩하는 것이 가능할 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 큐는 상이한 양의 튜브들을 홀딩하는 것이 가능할 수 있다. 게다가, 로봇식 시스템은 미가공 재료들을 큐로부터 부분 홀딩 및 포지셔닝 시스템으로 로딩하는데 사용될 수 있다. 이 로봇식 시스템은, 큐로부터 개별 튜브를 픽업하여 그 개별 튜브를 부분 홀딩 및 포지셔닝 시스템에 피딩할 수 있는 핑거(finger)들 또는 그리퍼(gripper)들의 쌍을 포함할 수 있다.
튜브-커팅 머신은 또한 부분 홀딩 및 포지셔닝 시스템을 포함할 수 있다. 부분 홀딩 및 포지셔닝 시스템은 또한 베이스에 고정될 수 있고, 부분을 회전시키는 스핀들(spindle) 및 튜브를 레이저 커팅 헤드 아래에 포지셔닝하는 하나 또는 그 초과의 선형 축들을 포함할 수 있다. 스핀들은 튜브의 피스를 홀딩 및 회전시키도록 구성된다.
동작에서, 오퍼레이터는 미가공 튜브 스톡(raw tube stock)을 머신의 재료 유입 시스템(401)의 피더 큐에 로딩한다. 재료 유입 시스템은 로봇으로 미가공 튜브를 큐로부터 픽업하여, 튜브를 부분 홀딩 및 포지셔닝 시스템에 피딩한다. 부분 홀딩 및 포지셔닝 시스템은 미가공 튜브를 유입 시스템으로부터 수용하여, 미가공 튜브를 결합형 커팅 및 측정 구역으로 이동시키며, 결합형 커팅 및 측정 구역은 도 4b-c 및 도 5b-c에 더 완전하게 도시된다. 이제 도 4b 및 도 4c를 참조하면, 이들 도면들은 결합형 레이저 커팅 및 부분 측정 시스템(104)의 확대도들을 도시한다. 결합형 레이저 커팅 및 부분 측정 시스템(104)은 스핀들(404)을 포함할 수 있으며, 스핀들(404)은 튜브(402)를 홀딩하고 있는 것으로 도시된다. 시스템(104)은 레이저 커팅 헤드(406), 및 다양한 측정들을 할 수 있는 하나 또는 그 초과의 센서들(409)을 더 포함할 수 있다. 이러한 측정들은 튜브 외측 직경, 벽 두께, 내측 직경, 및 커팅 길이를 포함한다(그러나, 이에 제한되지 않음). 레이저는 초단-펄스 디바이스(ultra-short-pulse device), 이를테면, 펨토초-펄스 레이저(femtosecond-pulse laser)일 수 있지만, 다른 레이저들이 사용될 수 있다. 레이저 헤드(406)는 Z-스테이지(408)에 커플링될 수 있고, Z-스테이지(408)는 다른 센서들에 대해 수직으로 이동한다. 레이저 커팅 구역은, 도 4b-c 및 도 5b-c에 도시된 바와 같이, 레이저 헤드(406) 아래의 영역에 생성된다. 센서들은, 그들이 레이저 커팅 구역에서 튜브(402)를 측정하도록 포지셔닝되며, 이는 인-시튜(in-situ) 측정 능력을 가능하게 한다. 예컨대, 레이저 마이크로미터 센서들, 카메라들, 레이저 변위 센서들 등을 포함하는 다양한 센서들이 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 3개의 센서들, 이를테면, 2개의 레이저 마이크로미터들 및 하나의 카메라가 사용된다. 그러나, 다른 실시예에서, 총 2개의 센서들, 즉, 하나의 레이저 마이크로미터 및 하나의 카메라가 사용되며, 레이저 마이크로미터 센서가 2개의 개별 센서 측정들을 구현한다.
부분 홀딩 및 포지셔닝 시스템과 커팅 및 측정 구역은, 적절한 커팅 및 측정 프로세스들이 달성될 수 있도록 구성된다. 이로써, 튜브(402)가 스핀들(404)에 로딩되고, 스핀들(404)은 튜브의 긴 축(long axis)을 중심으로 튜브를 회전시킬 수 있다. 스핀들(404)은 선형 포지셔닝 스테이지(405) 상에 장착되며, 선형 포지셔닝 스테이지(405)는 스핀들의 축을 따라 스핀들(스핀들이 튜브를 홀딩함)을 이동시킬 수 있다. 이 선형 포지셔닝 스테이지는 X-스테이지로 지칭될 수 있다. 다른 이동 능력들을 제공하기 위한 다른 포지셔닝 스테이지들이 존재할 수 있다. 스핀들(404) 및 X-스테이지(405)는 튜브의 축을 따라 튜브를 측정 및 커팅 구역으로 이동시킬뿐만 아니라 측정 및 커팅 구역 내에서 튜브를 회전시킬 수 있다. 레이저 커팅 헤드(406)는 다른 선형 포지셔닝 스테이지(408)에 장착될 수 있고, 다른 선형 포지셔닝 스테이지(408)는 레이저 빔을 따르는 방향 및 튜브에 대한 반경 방향(튜브의 축에 수직함) 둘 모두로 레이저를 이동시킬 수 있다. 이 제 2 선형 포지셔닝 스테이지(408)는 Z-스테이지로 지칭될 수 있다. 따라서, Z-스테이지는 레이저의 레이저 초점을 스핀들 및 튜브의 중심선에 대해 이동시킬 수 있다. 이는, 튜브의 직경에 따라 레이저의 초점이 조정되어 튜브의 외측 표면 상에 위치되도록 허용한다.
측정 및 커팅 구역 내의 측정 디바이스들은, 그들이 X-, Z- 및 임의의 다른 스테이지들에 대해 고정식이거나 또는 그들이 스테이지들에 부착되어 그에 따라 스테이지들과 함께 이동하는 방식으로 장착될 수 있다. 예컨대, 도 4b-c 및 도 5b-c에 도시된 바와 같이, 튜브의 벽 두께를 측정하기 위해 사용될 수 있는 카메라(410)가 플랫폼(412)에 장착될 수 있다. 이 방식으로, 카메라가 튜브의 직경에 따라 튜브의 벽 두께를 뷰잉할 수 있도록, 카메라가 포지셔닝될 것이다. 유사하게, 튜브 길이 및 외측 직경 측정 센서들이 머신 베이스에 장착되고, 스테이지들 중 어떠한 스테이지들과도 함께 움직이지 않을 수 있다. 이 방식으로, 그러한 센서들은 X- 또는 Z-스테이지들의 모션에 의해 영향받지 않을 것이다.
유출 시스템(out-flow system)이 또한 베이스에 고정될 수 있고, 유출 시스템은 완성된 피스들(커팅된 튜브들)이 시스템을 퇴장하는 하나 또는 그 초과의 프로세싱 스테이션들을 포함할 수 있다. 프로세싱 스테이션은 예컨대, 커팅된 부분들을 측정 데이터를 활용하여 소팅하기 위한 로봇식 부분 캐처(catcher) 및 소터(sorter)를 포함할 수 있다. 완성된 부분들은 측정 데이터를 활용하여 커팅 직후에 소팅될 수 있다. 예컨대, 측정 데이터는 부분들을 2개의 카테고리들로 소팅하기 위해 활용될 수 있으며, 2개의 카테고리들 각각은 자기 자신의 빈(bin) 또는 트레이(tray)를 갖는다. 로봇식 부분 캐처 및 소터는 자동으로, 자신이 측정 센서들로부터 수신한 신호들에 따라, 커팅된 튜브들을 적절한 빈 또는 트레이에 피딩할 수 있다.
머신은 잔해(debris)(폐기물(waste material)) 관리 시스템을 더 포함할 수 있고, 잔해(폐기물) 관리 시스템은 커팅 잔해를 제거하고, 커팅 구역의 측정 센서들을 깨끗하게 유지한다. 일 실시예에서, 잔해 제거 시스템은, 잔해가 엔벨로프 외측으로 이동하는 것을 방지하기 위해, 커팅 구역 둘레에 엔벨로프를 확립하는 특수하게 설계된 잔해 실드(413)를 포함한다. 실드(413)는 금속, 플라스틱 또는 일부 다른 재료로 이루어질 수 있다. 실드(413)는 또한, 레이저 커팅 헤드 및 측정 센서들이 자신들의 각각의 태스크들을 수행하는데 필요한 액세스는 허용하지만 커팅 구역 둘레의 모든 다른 영역들은 차단하는 최소 개수의 개구들 또는 슬롯들을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 잔해 관리 시스템은 또한, 잔해를 잔해 관리 시스템으로부터 그리고 일부 적절한 수집 시스템으로 이송하도록 구성된 진공 연결(414)을 포함할 수 있다. 진공(414)은 잔해 실드(413)에 연결되며, 실드의 외측으로부터 실드(413)의 개구들을 통해 실드 내측을 향해 이동하는 경향이 있는 공기-유동을 또한 제공할 수 있다. 이 실시예에서, 잔해가 없는 환경의 공기만이 잔해 실드의 개구들을 향하는 도중에 센서들을 지나 그리고 결국 진공 연결 및 수집 시스템으로 유동할 것이기 때문에, 진공(414) 및 연관된 공기-유동은, 측정 센서들이 잔해로 오염되는 것을 방지할 것이다. 다른 실시예들에서, 잔해 실드는 다른 구성들을 또한 취할 수 있다.
머신은 또한, 측정 센서들을 잔해로부터 보호하기 위한 다른 디바이스들, 이를테면 에어-나이프(air-knife)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 잔해 관리 시스템은 카메라 렌즈의 전면에 공기-장벽을 제공하기 위해 에어-나이프를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 카메라가 이미지들을 찍도록 광을 제공하기 위해, L.E.D. 링라이트(ringlight)가 존재할 수 있다. 다른 디바이스들이 또한 존재할 수 있다.
도 6은 예시적 실시예에 따른 컴퓨팅 디바이스(600)의 블록도이다. 예컨대, 컴퓨팅 디바이스(600)는 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다. 컴퓨팅 디바이스(600)는 사용자 인터페이스 모듈(601), 통신 인터페이스 모듈(602), 하나 또는 그 초과의 프로세서들(603), 및 데이터 저장소(604)를 포함할 수 있고, 이들 모두는 시스템 버스, 네트워크, 또는 다른 연결 메커니즘(605)을 통해 서로 링크될 수 있다.
사용자 인터페이스 모듈(601)은 외부 사용자 입력/출력 디바이스들에 데이터를 전송하고 그리고/또는 외부 사용자 입력/출력 디바이스들로부터 데이터를 수신하도록 동작가능할 수 있다. 예컨대, 사용자 인터페이스 모듈(601)은 키보드, 키패드, 터치 스크린, 컴퓨터 마우스, 트랙볼, 조이스틱, 및/또는 현재 알려진 또는 나중에 개발되는 다른 유사한 디바이스들과 같은 사용자 입력 디바이스들에/사용자 입력 디바이스들로부터 데이터를 전송/수신하도록 구성될 수 있다. 사용자 인터페이스 모듈(601)은 또한, 하나 또는 그 초과의 CRT(cathode ray tube)들, LCD(liquid crystal display)들, LED(light emitting diode)들, DLP(digital light processing) 기술을 사용한 디스플레이들, 프린터들, 백열 전구들, 및/또는 현재 알려진 또는 나중에 개발되는 다른 유사한 디바이스들과 같은 사용자 디스플레이 디바이스들에 출력을 제공하도록 구성될 수 있다. 사용자 인터페이스 모듈(601)은 또한, 스피커, 스피커 잭, 오디오 출력 포트, 오디오 출력 디바이스, 이어폰들, 및/또는 현재 알려진 또는 나중에 개발되는 다른 유사한 디바이스들과 같은 가청 출력(들)을 생성하도록 구성될 수 있다. 사용자 인터페이스 모듈(601)은 본원에서 개시된 방법들 및 시스템들과 함께 사용하기 위한 데이터를 입력하기 위해 사용될 수 있다.
네트워크-통신 인터페이스 모듈(602)은 네트워크를 통해 통신하도록 구성가능한 하나 또는 그 초과의 무선 인터페이스들(606) 및/또는 유선 인터페이스들(608)을 포함할 수 있다. 무선 인터페이스들(606)은 하나 또는 그 초과의 무선 트랜시버들, 이를테면 블루투스 트랜시버, Wi-Fi 트랜시버, 또는 다른 무선 트랜시버를 포함할 수 있다. 유선 인터페이스들(608)은, 유선 네트워크에 대한 와이어, 와이어들의 트위스티드 페어, 동축 케이블, 광학 링크, 광섬유 링크, 또는 다른 물리적 연결을 통해 통신하도록 구성가능한 이더넷 트랜시버, USB(Universal Serial Bus) 트랜시버, 또는 유사한 트랜시버와 같은 하나 또는 그 초과의 유선 트랜시버들을 포함할 수 있다.
하나 또는 그 초과의 프로세서들(603)은 하나 또는 그 초과의 범용 프로세서들 및/또는 하나 또는 그 초과의 특수 목적 프로세서들(예컨대, 디지털 신호 프로세서들, 주문형 집적 회로들 등)을 포함할 수 있다. 하나 또는 그 초과의 프로세서들(603)은, 데이터 저장소(604)에 포함된 컴퓨터-판독가능 프로그램 명령들(610) 및/또는 본원에서 설명된 바와 같은 다른 명령들을 실행하도록 구성될 수 있다.
데이터 저장소(604)는, 프로세서들(603) 중 적어도 하나에 의해 판독 또는 액세스될 수 있는 하나 또는 그 초과의 컴퓨터-판독가능 저장 매체들을 포함할 수 있다. 하나 또는 그 초과의 컴퓨터-판독가능 저장 매체들은, 하나 또는 그 초과의 프로세서들(603) 중 적어도 하나와 전체적으로 또는 부분적으로 통합될 수 있는 광학, 자기, 유기 또는 다른 메모리 또는 디스크 저장소와 같은 휘발성 및/또는 비-휘발성 저장 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 데이터 저장소(604)는 단일 물리적 디바이스(예컨대, 하나의 광학, 자기, 유기 또는 다른 메모리 또는 디스크 저장 유닛)를 사용하여 구현될 수 있는 한편, 다른 실시예들에서, 데이터 저장소(604)는 2개 또는 그 초과의 물리적 디바이스들을 사용하여 구현될 수 있다.
데이터 저장소(604)와 연관된 컴퓨터-판독가능 저장 매체들 및/또는 본원에서 설명된 다른 컴퓨터-판독가능 매체들은 또한, 레지스터 메모리, 프로세서 캐시, 및 RAM(random access memory)과 같이 짧은 시간 기간들 동안 데이터를 저장하는 컴퓨터-판독가능 매체들과 같은 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체들을 포함할 수 있다. 데이터 저장소(604)와 연관된 컴퓨터-판독가능 저장 매체들 및/또는 본원에서 설명된 다른 컴퓨터-판독가능 매체들은 또한, 예컨대 ROM(read only memory), 광학 또는 자기 디스크들, CD-ROM(compact-disc read only memory)과 같이, 더 긴 시간 기간들 동안 프로그램 코드 및/또는 데이터를 저장하는 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체들, 이를테면 2차 또는 지속적 장기간 저장소를 포함할 수 있다. 데이터 저장소(604)와 연관된 컴퓨터-판독가능 저장 매체들 및/또는 본원에서 설명된 다른 컴퓨터-판독가능 매체들은 또한, 임의의 다른 휘발성 또는 비-휘발성 저장 시스템들일 수 있다. 데이터 저장소(604)와 연관된 컴퓨터-판독가능 저장 매체들 및/또는 본원에서 설명된 다른 컴퓨터-판독가능 매체들은 예컨대 컴퓨터 판독가능 저장 매체들 또는 유형적(tangible) 저장 디바이스로 간주될 수 있다.
데이터 저장소(604)는 컴퓨터-판독가능 프로그램 명령들(610) 및 아마도 부가적인 데이터를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 데이터 저장소(604)는 부가적으로, 본원에서 설명된 기법들, 방법들의 적어도 일부, 및/또는 본원에서 설명된 디바이스들 및 네트워크들의 기능성 중 적어도 일부를 수행하기 위해 요구되는 저장소를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른, 튜브-커팅 머신의 예시적 동작을 참조하면, 미가공 튜브가 커팅 및 측정 구역에 진입하고, 튜브 직경, 벽 두께, 튜브-단부 포지션의 측정들 및/또는 다른 측정들이 센서들(409)에 의해 수행된다. 측정들은 커팅 직전에 또는 커팅 전 대략 3초(또는 그 미만) 내에 수행될 수 있다. 그 다음에, 커팅 프로세스가 시작된다. 레이저 커팅은, 원하는 커팅 동작을 수행하기 위해 그리고 원하는 커팅 기하학적 구조를 생성하기 위해, 부분 홀딩 및 포지셔닝 시스템과 협력하여 동작한다. 커팅 프로세스 동안, 잔해 관리 시스템은, 폐기물을 커팅 및 측정 구역으로부터 제거하도록 그리고 잔해에 의해 측정 센서들이 오염되는 것을 방지하도록 동작한다.
부가적인 데이터를 캡처하기 위해 커팅 프로세스 동안 그리고 커팅 프로세스 직후에(예컨대, 3초 내에) 다양한 측정들이 수행될 수 있다. 튜브 직경, 벽 두께, 튜브-단부 포지션, 튜브 길이의 측정들, 및 다른 측정들이 센서들(409)에 의해 수행된다.
일 예에서, 센서들은 튜브 피스들의 커팅 길이를 결정하기 위한 측정 기능을 포함한다. 먼저, 이 태스크에 적합할 수 있는 센서, 이를테면 레이저 마이크로미터 또는 다른 센서는, 커팅 프로세스 바로 직전에 또는 예컨대 커팅 프로세스 전 3초 내에 미가공 튜브의 커팅되지 않은 단부의 위치(M1)를 결정한다. 그 다음, 커팅 프로세스가 발생하고, 튜브의 커팅된 피스는 커팅 구역으로부터 떨어진다. 그 다음, 센서는 커팅 프로세스 바로 후에/직후에(또는 튜브 피스가 떨어진 후 3초 내에) 미가공 튜브의 커팅된 단부의 위치(M2)를 결정한다. 튜브 피스의 커팅 길이는 제 1 측정(M1로 지칭됨) - 제 2 측정(M2로 지칭됨) - "커프(kerf)" 폭과 동일하다. "커프"는 기술 용어이며, "소우 블레이드의 폭(width of the saw blade)"과 동등한, 커팅 프로세스에 의해 제거된 재료의 폭이다. 커프 폭의 값이 정밀하게 결정될 수 있고, 반복가능한 값이므로, 이 프로세스는 튜브 피스의 커팅 길이를 높은 정밀도로 결정할 수 있다.
완성된 피스는 재료 유출 시스템으로 떨어진다. 재료 유출 시스템은, 피스가 수용가능한지를 결정하기 위해 측정 센서들로부터의 데이터를 활용한다. 피스는 다양한 빈들 또는 컨테이너들로 소팅된다.
그 다음에, 부분 홀딩 및 포지셔닝 시스템이 리셋되고, 프로세스는 미가공 튜브의 다른 부분으로 다시 시작되어, 전체 튜브가 프로세싱될 때까지 반복된다. 전체 튜브가 프로세싱된 후에, 시퀀스는 새로운 미가공 튜브로 재시작된다. 이는 큐가 빌때까지 반복되고, 오퍼레이터가 더 많은 미가공 튜브 스톡을 큐잉 영역에 로딩할 때, 시퀀스가 재시작된다.
위에서 설명된 예시적 기능성을 추가로 예시하기 위해, 도 7은 본 개시내용의 예시적 실시예에 따른 튜브-커팅 머신의 예시적 기능성을 설명하는 예시적 방법(700)의 흐름도를 도시한다. 예시적 방법(700)은, 도 1, 도 2, 도 3, 도 4a-c, 도 5a-c, 및 도 6을 통해 설명된 시스템들 중 임의의 시스템에 의해 각각이 수행될 수 있는, 블록들(701, 702, 및/또는 703) 중 하나 또는 그 초과에 의해 도시된 바와 같은 하나 또는 그 초과의 동작들, 기능들, 또는 액션들을 포함할 수 있지만; 다른 구성들이 사용될 수 있다.
게다가, 당업자들은, 본원에서 설명된 흐름도가 본 개시내용의 특정 구현들의 기능성 및 동작을 예시한다는 것을 이해할 것이다. 이와 관련하여, 흐름도의 각각의 블록은 모듈, 세그먼트, 또는 프로그램 코드의 부분을 표현할 수 있고, 이는 특정 논리적 기능들 또는 프로세스의 단계들을 구현하기 위한 프로세서(예컨대, 컴퓨팅 디바이스(600)의 하나 또는 그 초과의 프로세서들(603))에 의해 실행가능한 하나 또는 그 초과의 명령들을 포함한다. 프로그램 코드는, 예컨대 디스크 또는 하드 드라이브(예컨대, 데이터 저장소(604))를 포함하는 저장 디바이스와 같은 임의의 유형의 컴퓨터 판독가능 매체 상에 저장될 수 있다. 부가하여, 각각의 블록은, 프로세스에서 특정 논리 기능들을 수행하도록 와이어링되는 회로를 나타낼 수 있다. 대안적인 구현들은 본 출원의 예시적 구현들의 범위 내에 포함되는데, 여기서 기능들은, 당업자들에 의해 이해될 바와 같이, 관련된 기능성에 따라, 실질적으로 동시적 순서 또는 역순을 비롯하여, 도시된 또는 논의된 순서로부터 벗어난 순서로 실행될 수 있다.
방법(700)은 블록(701)에서 시작되며, 블록(701)에서 센서(이를테면, 레이저 마이크로미터)는 커팅 프로세스 직전의 미가공 튜브의 커팅되지 않은 단부의 위치를 결정한다. 이 위치는 "M1"로 지칭될 수 있다. 계속하여 블록(702)에서, 센서는 커팅 프로세스 직후의 미가공 튜브의 커팅된 단부의 위치를 결정한다. 일 구현에서, 이 센서는 블록(701)에서 결정을 수행한 동일한 센서이지만; 다른 실시예에서, 이 센서는 상이한 센서이다. 어쨌든, 이 위치는 "M2"로 지칭될 수 있다. 그리고 블록(703)에서 계속하여, 컴퓨팅 디바이스는 M1 - M2 - 알려진 커프 폭을 계산함으로써 튜브의 커팅 길이를 계산한다. 커프 폭은 측정에 의해 결정되거나(예컨대, 센서들 중 하나가 커프 폭을 측정함) 또는 컴퓨팅 디바이스에 입력된다.
본 개시내용은, 다양한 양상들의 예시들로서 의도된, 본 출원에서 설명된 특정 구현들에 관하여 제한되지 않을 것이다. 당업자들에게 명백할 바와 같이, 본 개시내용의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 많은 수정들 및 변형들이 이루어질 수 있다. 본원에서 열거된 것들에 부가하여, 본 개시내용의 범위 내의 기능적으로 동등한 방법들 및 장치들이 전술한 설명들로부터 당업자들에게 명백해질 것이다. 이러한 수정들 및 변형들은 첨부된 청구항들의 범위 내에 있도록 의도된다.
위의 상세한 설명은 개시된 시스템들, 디바이스들, 및 방법들의 다양한 특징들 및 기능들을 첨부 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에서, 유사한 부호들은 통상적으로, 문맥이 달리 지시하지 않는 한, 유사한 컴포넌트들을 식별한다. 본원 및 도면들에서 설명된 예시적 구현들은 제한하려는 것으로 의도되지 않는다. 본원에서 제시되는 청구 대상의 사상 또는 범위로부터 벗어남이 없이, 다른 구현들이 활용될 수 있으며, 다른 변경들이 이루어질 수 있다. 본원에서 일반적으로 설명되고 도면들에서 예시되는 바와 같은 본 개시내용의 양상들은, 모두가 본원에서 명시적으로 고려되는 매우 다양한 상이한 구성들로 배열, 대체, 결합, 분리 및 설계될 수 있다는 것이 용이하게 이해될 것이다.
도면들에서 도시된 특정 어레인지먼트들은 제한적인 것으로서 간주되지 않아야 한다. 다른 구현들이, 주어진 도면에서 도시된 각각의 엘리먼트의 더 많은 또는 더 적은 것을 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 게다가, 예시된 엘리먼트들 중 일부는 결합되거나 생략될 수 있다. 또한 게다가, 예시적 구현은 도면들에 예시되지 않은 엘리먼트들을 포함할 수 있다.

Claims (20)

  1. 결합형 레이저 커팅 및 측정 스테이션(combined laser cutting and measurement station)으로서,
    튜브를 커팅하도록 구성된 레이저;
    i) 상기 튜브가 커팅되기 직전에, ii) 상기 튜브가 커팅되는 동안, 또는 iii) 상기 튜브가 커팅된 직후에, 상기 커팅 및 측정 스테이션에서 상기 튜브의 제 1 측정을 하도록 구성된 제 1 센서;
    i) 상기 튜브가 커팅되기 직전에, ii) 상기 튜브가 커팅되는 동안, 또는 iii) 상기 튜브가 커팅된 직후에, 상기 커팅 및 측정 커팅 스테이션에서 상기 튜브의 제 2 측정을 하도록 구성된 제 2 센서; 및
    i) 상기 튜브가 커팅되기 직전에, ii) 상기 튜브가 커팅되는 동안, 또는 iii) 상기 튜브가 커팅된 직후에, 상기 커팅 및 측정 스테이션에서 상기 튜브의 제 3 측정을 하도록 구성된 제 3 센서를 포함하고,
    상기 제 1 측정은 상기 튜브의 길이이고, 상기 제 2 측정은 상기 튜브의 외측 직경이고, 그리고 상기 제 3 측정은 상기 튜브의 벽 두께인,
    결합형 레이저 커팅 및 측정 스테이션.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 센서 및 제 2 센서는 레이저 마이크로미터 센서들이고, 그리고 상기 제 3 센서는 카메라인,
    결합형 레이저 커팅 및 측정 스테이션.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서들의 청결(cleanliness)을 유지하고 그리고 상기 스테이션으로부터 커팅 잔해(cutting debris)를 제거하도록 구성된 잔해 관리 시스템을 더 포함하는,
    결합형 레이저 커팅 및 측정 스테이션.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 잔해 관리 시스템은 진공 연결을 포함하는,
    결합형 레이저 커팅 및 측정 스테이션.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 잔해 관리 시스템은 카메라 렌즈 잔해 제어 시스템을 더 포함하는,
    결합형 레이저 커팅 및 측정 스테이션.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저는 초단-펄스(ultra-short-pulse) 또는 펨토초(Femtosecond) 레이저인,
    결합형 레이저 커팅 및 측정 스테이션.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 커팅 및 측정 스테이션과 통신하는 컴퓨팅 디바이스를 더 포함하고,
    상기 컴퓨팅 디바이스는 상기 제 1 센서, 제 2 센서 및 제 3 센서에 의해 수집된 측정 데이터를 수집 및 저장하도록 구성되는,
    결합형 레이저 커팅 및 측정 스테이션.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 스테이션은 상기 측정 데이터를 활용하여, 커팅된 부분들을 캐치 및 소팅하도록 구성된 부분 캐처(part catcher)에 연결되는,
    결합형 레이저 커팅 및 측정 스테이션.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 센서 및 상기 제 3 센서는 명칭만 다를 뿐 한 개의 센서인,
    결합형 레이저 커팅 및 측정 스테이션.
  11. 튜브-커팅 머신으로서,
    미가공 재료(raw material)가 상기 머신에 진입하는 프로세싱 스테이션 ― 상기 프로세싱 스테이션은 상기 미가공 재료를 상기 머신에 로딩하기 위한 로봇식 시스템(robotic system)을 포함함 ―;
    상기 미가공 재료를 홀딩 및 포지셔닝하도록 구성된 홀딩 및 포지셔닝 스테이션;
    적어도 하나의 결합형 측정 및 레이저 커팅 스테이션 ― 상기 적어도 하나의 결합형 측정 및 레이저 커팅 스테이션은 레이저, 커팅 직전에, 커팅 동안 그리고 커팅 직후에 상기 미가공 재료의 길이를 측정하도록 구성되는 제 1 센서, 상기 미가공 재료의 외측 직경을 측정하도록 구성되는 제 2 센서, 및 상기 미가공 재료의 두께를 측정하도록 구성되는 제 3 센서를 포함함 ―; 및
    커팅된 재료가 상기 머신을 퇴장하는 유출 프로세싱 스테이션(outflow processing station)을 포함하는,
    튜브-커팅 머신.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 미가공 재료는 커팅되지 않은 튜빙(un-cut tubing)을 포함하고, 그리고 상기 커팅된 재료는 커팅된 튜빙을 포함하는,
    튜브-커팅 머신.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 머신과 통신하는 컴퓨팅 디바이스를 더 포함하고,
    상기 컴퓨팅 디바이스는 적어도 하나의 센서에 의해 수집된 측정 데이터를 수집 및 저장하도록 구성되는,
    튜브-커팅 머신.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 홀딩 및 포지셔닝 스테이션은 상기 튜브를 홀딩 및 회전시키도록 구성된 스핀들(spindle)을 포함하는,
    튜브-커팅 머신.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 머신을 둘러싸는 인클로저를 더 포함하는,
    튜브-커팅 머신.
  19. 커팅된 튜빙의 피스를 측정하기 위한 방법으로서,
    커팅 프로세스 직전의 미가공 튜브의 커팅되지 않은 단부의 위치(M1)를 센서에 의해 결정하는 단계;
    상기 커팅 프로세스 직후의 상기 미가공 튜브의 커팅된 단부의 위치(M2)를 상기 센서에 의해 결정하는 단계; 및
    튜브 피스의 커팅 길이를 결정하기 위해, M1 - M2 - 커프 폭(kerf width)을 컴퓨팅 디바이스에 의해 계산하는 단계를 포함하는,
    커팅된 튜빙의 피스를 측정하기 위한 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 센서는 레이저 마이크로미터 센서인,
    커팅된 튜빙의 피스를 측정하기 위한 방법.
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