KR102305900B1 - 정확한 구조물 마킹 및 마킹-보조로 구조물을 위치시키기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

정확한 구조물 마킹 및 마킹-보조로 구조물을 위치시키기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

공작 장비는 그 위의 공작 위치에서 구조물을 공작하도록 구성된 도구를 포함하고, 구조물은 공작 위치와의 알려진 관계에 따라 알려진 위치에서 적용된 마킹을 갖는다. 컴퓨터 시스템은 구조물의 배치를 결정하도록 배치되고, 따라서 공작 위치와 적어도 부분 정렬로 도구를 위치시키며, 적어도 하나의 예에서, 도구는 제2의, 오프셋 위치와 정렬된다. 카메라는 마킹을 포함하는, 도구가 정렬되는 제2 위치를 더 포함하는, 구조물의 이미지를 캡쳐하도록 구성된다. 그리고, 컴퓨터 시스템은 공작 위치를 찾기 위해 이미지를 처리하고, 제2 위치로부터 그리고 찾은 공작 위치와 더욱 잘 정렬되도록 도구를 재위치시키며, 찾은 공작 위치에서 구조물을 공작하도록 재위치된 도구를 제어하도록 구성된다.

Description

정확한 구조물 마킹 및 마킹-보조로 구조물을 위치시키기 위한 장치 및 방법{APPARATUSES AND METHODS FOR ACCURATE STRUCTURE MARKING AND MARKING-ASSISTED STRUCTURE LOCATING}
본 발명은 일반적으로 제품(product)을 제조하는 것에 관한 것으로, 특히 그에 적용된 마킹(markings)을 이용해서 제품을 제조하는 것에 관한 것이다.
자동화 제조 장비가 부품을 공작할 수 있는 정확도는 장비와 함께 이용되는 위치(location) 및 방향(orientation) 정보의 품질에 크게 의존한다. 예컨대, 부품에 관한 열악한 위치 및/또는 방향 정보에 따르면, 대부분의 현재 기술 상태의 제조 장비는 단지 한계 방식(marginal manner)으로 부품을 공작할 수 있게 된다. 반대로, 정밀한 위치 및 방향 정보에 따르면, 한계 개수의 장비는 잘 수행될 수 있게 된다.
적절한 정도의 정확성을 요구하는 자동화 제조 프로세스는 부품이 표준 위치에 위치하고 있음을 아는 것 외에는 특정 부품 위치 및 방향 정보를 요구하지 않는다. 이들 프로세스에 대해, 표준 부품 위치결정(standard part positioning)의 정확도는 충분한 정확도로 부품 공작을 허용한다. 이들 프로세스에 있어서, 예컨대 공작되어지는 부품은, 예컨대 부품의 소정 엣지를 공작 플랫폼의 소정 엣지와 인접시키는 것에 의해, 적용가능 자동화 기계 또는 근처의 표준 위치에 위치될 수 있고, 기계는 해당 표준 위치에서 부품을 공작하도록 프로그램될 수 있다. 단지 적절한 정확성을 요구하는 프로세스에서, 표준 부품 배치 및 기계 동작은 원하는 결과를 달성하는데 충분히 정밀하다.
높은 레벨의 정확도를 요구하는 자동화 제조 프로세스는 부품이 위치된 후 부품 위치 및/또는 방향을 요구한다. 몇몇 프로세스는 매우 높은 정도의 정확성을 갖는 부품을 공작하는 자동화 기계를 요구한다. 예컨대, 매우 높은 정확도는 교체가능 홀 패턴(interchangeable hole patterns)이 이용되는 곳에서 필요로 된다. 교체가능 홀 패턴은 제품의 수명 동안 교체가능하도록 될 가능성이 있는 제조 부품에서 만들어지는 것이다. 예컨대, 항공기의 대부분의 다른 부품들은 변경을 요구하지 않을 수 있는 반면, 특정 도어는 전형적으로 항공기의 수명 동안 적어도 한 번은 교체를 요구하는 것이 결정될 수 있다. 이러한 예에 있어서, 비행기의 도어 및 도어 설치 위치의 일치되는 특징은 표준 허용오차 보다 더 엄격한 범위 내에 놓일 수 있다.
항공기의 부품이 일반적으로 동일한 시간에서 또는 관하여, 그리고 동일한 공장에서 제조됨에도 불구하고, 그 대신 항공기 및 교체 부품은 다른 공장에서 그리고 시간에서 멀리 떨어져 제조될 수 있다. 예컨대, 항공기 제조업체는 공급업자에게 교체 부품 제조를 외주 제작할 수 있다. 동일한 장소 및 시간에서 반복적으로 수행된 프로세스에서의 다양한 제조 부정확성은 허용가능한 한계 내에서 서로 삭제 또는 집합될 수 있고, 다른 위치에서 수십 년 후에 만들어진 부품은 이들 이점을 갖게 될 가능성이 적다. 예컨대, 제1 부품의 형성에서 제조 부정확성은 동일한 날에 동일한 기계에서 제2 부품에서 만들어진 상보적 부정확성(complimentary inaccuracies)에 대응하는 부정확성을 더 가질 가능성이 있다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 발명된 것으로, 많은 부품 위치 및 방향 프로세스가 적당함에도 불구하고, 일반적으로 상기 논의된 문제뿐만 아니라 가능한 다른 문제를 고려하는 개선된 시스템 및 방법을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 예시적 구현은 일반적으로 마킹-보조로 구조물을 위치시키기 위한 레이저-마킹 시스템, 공작 장비 및 관련 방법에 관한 것이다. 통상적인 기계가공에 있어서, 구조물을 공작하기 위해 구조물을 공작 장비로 가져가게 될 수 있다. 구조물의 크기가 커짐에 따라, 선택된 구역 또는 공작 범위에서 구조물을 공작하기 위해 공작 장비를 대신 더욱 종종 구조물로 가져가게 될 수 있다. 완전하게 자동화된 유연한 제조 환경에 있어서, 본 발명의 예시적 구현은 구조물(예컨대, 대형 구조물)에 적용된 하나 이상의 마킹을 조사하는 것에 의해 그들의 좌표 시스템을 공작될 구조물의 좌표 시스템에 정렬시키도록 공작 장비를 가능하게 할 수 있다.
예시적 구현의 하나의 측면에 따르면, 레이저 빔을 방사하도록 구성된 레이저 소스와, 공작되어질 구조물 상으로 레이저 빔을 조종하도록 구성된 스티어링 어셈블리를 포함한다. 레이저-마킹 시스템은 또한 레이저 소스 및 스티어링 어셈블리에 결합된 컴퓨터 시스템을 포함한다. 컴퓨터 시스템은 구조물에 대해 영구적 마킹을 적용하도록 하나 이상의 제어가능 파라미터로 레이저 빔을 방사하기 위해 레이저 소스의 동작을 지시하도록 구성된다. 컴퓨터 시스템은 또한 마킹을 적용하도록 구조물 상의 알려진 위치에 대해 레이저 빔을 조종하기 위해 스티어링 어셈블리의 동작을 지시하도록 구성되고, 각각의 위치는 구조물을 공작하기 위한 공작 위치와 알려진 관계를 갖는다.
하나의 예에 있어서, 스티어링 어셈블리는 레이저 빔을 반사하도록 구성된 미러에 결합된 갈바노미터를 포함할 수 있다. 갈바노미터 및 미러는 특정 방향으로 레이저 빔을 조종하도록 제어가능하게 회전가능할 수 있다. 그리고, 스티어링 어셈블리는 컴퓨터 시스템 및 갈바노미터에 결합되고, 갈바노미터의 각 위치를 측정하도록 구성된 광학 회전 인코더를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 컴퓨터 시스템은 측정치를 기초로 구조물 상에 레이저 빔의 위치를 결정하고, 결정된 위치를 기초로 알려진 위치에 대해 레이저 빔을 조종한다.
하나의 예에 있어서, 레이저-마킹 시스템은 컴퓨터 시스템에 결합되고 구조물 상에 또는 가까이에 하나 이상의 타킷을 포함하는 구조물의 적어도 일부분의 이미지를 캡쳐하도록 구성된 (제1) 카메라를 더 포함할 수 있다. 또는 레이저-마킹 시스템은 구조물의 3D 모델이 발생가능할 수 있는 구조물의 표면 상의 포인트를 측정하도록 구성된 레이저 스캐너를 포함할 수 있다. 본 예에 있어서, 컴퓨터 시스템은 구조물의 배치를 결정하기 위해 이미지 또는 3D 모델을 처리하고, 구조물의 배치를 기초로 마킹을 적용하기 위한 알려진 위치를 찾도록 구성될 수 있다.
하나의 예에 있어서, 알려진 위치는 원하는 위치일 수 있고, 적어도 하나의 예에서 마킹은 원하는 위치로부터 오프셋될 수 있다. 본 예에 있어서, 레이저-마킹 시스템은 컴퓨터 시스템에 결합되고 원하는 위치 및 마킹을 포함하는 구조물의 적어도 일부분의 이미지를 캡쳐하도록 구성된 (제2) 카메라를 더 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템은 원하는 위치를 찾기 위해 이미지를 처리하고, 찾은 원하는 위치로부터 마킹의 오프셋을 결정하도록 구성될 수 있다.
다른 예에 있어서, (제2) 카메라는 스티어링 어셈블리에 의해 조종가능한 시야를 가질 수 있고, 컴퓨터 시스템은 구조물 상 또는 가까이의 하나 이상의 타킷이 위치되는 하나 이상의 영역에 대해 시야를 조종하도록 스티어링 어셈블리의 동작을 지시하도록 구성될 수 있다. 영역(들)에 대해, (제2) 카메라가 타킷(들)을 포함하는 구조물의 적어도 일부분의 하나 이상의 이미지를 캡쳐하도록 구성될 수 있다. 그리고, 컴퓨터 시스템은 구조물의 배치를 결정하기 위해 이미지(들)를 처리하고, 구조물의 배치를 기초로 마킹을 적용하기 위한 알려진 위치를 찾도록 구성될 수 있다.
하나의 예에 있어서, 레이저-마킹 시스템은 각각의 위치에서 구조물에 대해 영구적 마킹을 적용하기 위해 레이저 빔이 방사되기 전에 위치에서 구조물 상에 레이저 이미지를 투사하도록 구성된 제2 레이저 소스를 더 포함할 수 있다.
몇몇 예에 있어서, 레이저-마킹 시스템은 컴퓨터 시스템에 결합된 하나 이상의 계측 시스템을 더 포함할 수 있고, 레이저 트래커, 거리 센서 또는 진동 센서 중 하나 이상을 포함한다. 레이저 트래커는 알려진 위치에서 구조물 상 또는 가까이의 재귀-반사 타킷 상으로 하나 이상의 조종가능 레이저 빔을 투사하고, 구조물의 배치의 결정을 위해 반사된 하나 이상의 빔의 측정치를 타킷으로부터 제공하도록 구성될 수 있다. 거리 센서는 레이저 소스의 동작, 또는 초점 거리의 동적 조정을 위한 초기 초점 포인트 또는 초점 거리의 계산을 위해 레이저-마킹 시스템과 구조물 사이의 거리 측정치를 제공하도록 구성될 수 있다. 진동 센서는 구조물 또는 레이저-마킹 시스템의 진동 운동의 보상을 위해, 구조물, 또는 그 위에 배치된 진동 센서를 포함하는 레이저-마킹 시스템의 진동의 측정치를 제공하도록 구성될 수 있다.
예시적 구현의 다른 측면에 따르면, 공작 장비는 그 위의 공작 위치에서 구조물을 공작하도록 구성된 도구를 포함하고, 구조물은 공작 위치와의 알려진 관계에 따라 알려진 위치에서 그에 적용된 마킹을 갖춘다. 공작 장비는 도구에 결합되고 구조물의 배치를 결정하도록 구성된 컴퓨터 시스템을 포함할 수 있고, 구조물의 배치에 따라 공작 위치와 적어도 부분 정렬로 도구를 위치시킨다. 적어도 하나의 예에 있어서, 도구는 공작 위치로부터 오프셋되는 제2 위치와 정렬될 수 있다. 공작 장비는 컴퓨터 시스템에 결합되고 마킹, 그리고 도구가 정렬되는 제2 위치를 더 포함하는 구조물의 적어도 일부분의 (제2) 이미지를 캡쳐하도록 구성된 (제2) 카메라를 더 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템은, 이어, 공작 위치를 찾도록 이미지를 처리하고, 제2 위치로부터 그리고 찾은 공작 위치와 더욱 우수한 정렬로 되도록 도구를 재위치시키며, 찾은 공작 위치에서 구조물을 공작하도록 재위치된 도구를 제어할 수 있다.
하나의 예에 있어서, 카메라는 제2 이미지를 캡쳐하도록 구성된 제2 카메라이다. 본 예에 있어서, 공작 장비는 컴퓨터 시스템에 결합되고 구조물 상에 또는 가까이에 하나 이상의 타킷을 포함하는 구조물의 적어도 일부분의 제1 이미지를 캡쳐하도록 구성된 제1 카메라를 더 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템은, 이어, 제1 이미지를 처리하여 구조물의 배치를 결정하도록 구성될 수 있다.
하나의 예에 있어서, 공작 장비는 컴퓨터 시스템에 결합된, 엔드 이펙터와 도구를 포함하는, 이동가능 엔드 이펙터 어셈블리를 포함한다. 본 예에 있어서, 카메라는 엔드 이펙터 어셈블리에 고정될 수 있다. 또한, 본 예에 있어서, 컴퓨터 시스템은 엔드 이펙터 어셈블리를 위치시켜, 그에 의해 도구를 위치시킬 수 있고, 카메라가 또한 그에 의해 위치되어 카메라의 시야가 마킹을 에워싼다.
하나의 예에 있어서, (제2) 카메라는 도구가 정렬되는 제2 위치에 관하여 증가하는 크기의 다수의 동심 구역으로 분할된 시야를 갖는다. 하나의 예에 있어서, 구역은 허용가능 오프셋을 정의하는 제1 구역과, 허용불가능 오프셋을 정의하는 제1 구역 바깥쪽에 위치된 더 큰 제2 구역을 포함한다. 또한 본 예에 있어서, 컴퓨터 시스템은 찾은 공작 위치가 제1 구역 내에 있는 경우 재위치결정하는 것 없이 구조물을 공작하도록 도구를 제어하거나, 찾은 공작 위치가 제2 구역 내에 있는 경우 구조물을 공작하도록 도구를 제어하기 전에 도구를 재위치시키도록 구성될 수 있다.
예시적 구현의 다른 측면에 있어서, 방법이 구조물에 마킹을 적용하고, 마킹을 기초로 구조물 또는 그 위의 위치를 찾기 위해 제공된다. 여기서 논의된 특징, 기능 또는 이점은 다양한 예시적 구현에서 독립적으로 달성될 수 있거나 그 더욱 상세한 내용을 이하의 설명 및 도면을 참조하여 알 수 있는 또 다른 예시적 구현에 결합될 수 있다.
본 발명의 측면에 따르면, 레이저 빔을 방사하도록 구성된 레이저 소스와; 공작되어질 구조물 상으로 레이저 빔을 조종하도록 구성된 스티어링 어셈블리; 및 레이저 소스 및 스티어링 어셈블리에 결합되고, 구조물에 대해 영구적 마킹을 적용하도록 하나 이상의 제어가능 파라미터로 레이저 빔을 방사하기 위해 레이저 소스의 동작을 지시하도록 구성된 컴퓨터 시스템;을 구비하여 구성되는 레이저-마킹 시스템이 제공되고, 컴퓨터 시스템은 또한 마킹을 적용하기 위한 구조물 상의 알려진 위치에 대해 레이저 빔을 조종하기 위해 스티어링 어셈블리의 동작을 지시하도록 구성되고, 각각의 위치는 구조물을 공작하기 위한 공작 위치와 알려진 관계를 갖는다. 유용하게, 레이저-마킹 시스템은, 스티어링 어셈블리가: 레이저 빔을 반사하도록 구성된 미러에 결합된 갈바노미터로서, 갈바노미터 및 미러가 특정 방향으로 레이저 빔을 조종하도록 제어가능하게 회전가능한, 갈바노미터; 및 컴퓨터 시스템 및 갈바노미터에 결합되고, 갈바노미터의 각 위치를 측정하도록 구성된 광학 회전 인코더;를 구비하여 구성된 것이고, 컴퓨터 시스템이 측정치를 기초로 구조물 상에 레이저 빔의 위치를 결정하고, 결정된 위치를 기초로 알려진 위치에 대해 레이저 빔을 조종하도록 구성된다. 유용하게, 레이저-마킹 시스템은: 컴퓨터 시스템에 결합된 카메라 또는 레이저 스캐너를 더 구비하여 구성되고, 카메라는 구조물 상에 또는 가까이에 하나 이상의 타킷을 포함하는 구조물의 적어도 일부분의 이미지를 캡쳐하도록 구성되고, 레이저 스캐너는 구조물의 3D 모델이 발생가능할 수 있는 구조물의 표면 상의 포인트를 측정하도록 구성되고, 컴퓨터 시스템은 구조물의 배치를 결정하기 위해 이미지 또는 3D 모델을 처리하고, 배치를 기초로 마킹을 적용하기 위한 알려진 위치를 찾도록 구성된다. 유용하게, 레이저-마킹 시스템은, 알려진 위치가 원하는 위치이고, 적어도 하나의 예에서 마킹이 원하는 위치로부터 오프셋되고, 레이저-마킹 시스템이: 컴퓨터 시스템에 결합되고 원하는 위치 및 마킹을 포함하는 구조물의 적어도 일부분의 이미지를 캡쳐하도록 구성된 카메라를 더 구비하여 구성되는 것이고, 컴퓨터 시스템이 원하는 위치를 찾기 위해 이미지를 처리하고, 찾은 원하는 위치로부터 마킹의 오프셋을 결정하도록 구성된다. 유용하게, 레이저-마킹 시스템은, 카메라가 스티어링 어셈블리에 의해 조종가능한 시야를 갖추고, 컴퓨터 시스템은 구조물 상 또는 가까이의 하나 이상의 타킷이 위치되는 하나 이상의 영역에 대해 시야를 조종하도록 스티어링 어셈블리의 동작을 지시하도록 구성되는 것이고, 하나 이상의 영역에 대해, 카메라가 하나 이상의 타킷을 포함하는 구조물의 적어도 일부분의 하나 이상의 이미지를 캡쳐하도록 구성되며, 컴퓨터 시스템이 구조물의 배치를 결정하기 위해 하나 이상의 이미지를 처리하고, 배치를 기초로 마킹을 적용하기 위한 알려진 위치를 찾도록 구성된다. 유용하게, 레이저-마킹 시스템은: 각각의 위치에서 구조물에 대해 영구적 마킹을 적용하기 위해 레이저 빔이 방사되기 전에 위치에서 구조물 상에 레이저 이미지를 투사하도록 구성된 제2 레이저 소스를 더 구비하여 구성된다. 유용하게, 레이저-마킹 시스템은: 알려진 위치에서 구조물 상 또는 가까이의 재귀-반사 타킷 상으로 하나 이상의 조종가능 레이저 빔을 투사하고, 구조물의 배치의 결정을 위해 반사된 하나 이상의 빔의 측정치를 타킷으로부터 제공하도록 구성된 레이저 트래커를 더 구비하여 구성된다. 유용하게, 레이저-마킹 시스템은: 레이저 소스의 동작, 또는 초점 거리의 동적 조정을 위한 초기 초점 포인트 또는 초점 거리의 계산을 위해 레이저-마킹 시스템과 구조물 사이의 거리 측정치를 제공하도록 구성된 거리 센서를 더 구비하여 구성된다. 유용하게, 레이저-마킹 시스템은: 구조물 또는 레이저-마킹 시스템의 진동 운동의 보상을 위해, 구조물, 또는 그 위에 배치된 진동 센서를 포함하는 레이저-마킹 시스템의 진동의 측정치를 제공하도록 구성된 진동 센서를 더 구비하여 구성된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 공작 장비가: 그 위의 공작 위치에서 구조물을 공작하도록 구성되되, 구조물은 공작 위치와의 알려진 관계에 따라 알려진 위치에서 그에 적용된 마킹을 갖춘, 도구와, 도구에 결합되고 구조물의 배치를 결정하고 구조물의 배치에 따라 공작 위치와 적어도 부분 정렬로 도구를 위치시키도록 구성되되, 적어도 하나의 예에 있어서 도구는 공작 위치로부터 오프셋되는 제2 위치와 정렬되는, 컴퓨터 시스템; 및 컴퓨터 시스템에 결합되고 마킹, 그리고 도구가 정렬되는 제2 위치를 더 포함하는 구조물의 적어도 일부분의 이미지를 캡쳐하도록 구성되되, 컴퓨터 시스템은 공작 위치를 찾도록 이미지를 처리하고, 제2 위치로부터 그리고 찾은 공작 위치와 더욱 우수한 정렬로 되도록 도구를 재위치시키며, 찾은 공작 위치에서 구조물을 공작하도록 재위치된 도구를 제어하는 카메라;를 구비하여 구성된다. 유용하게, 공작 장비는, 카메라가 제2 이미지를 캡쳐하도록 구성된 제2 카메라이인 것이고, 공작 장비는: 컴퓨터 시스템에 결합되고 구조물 상에 또는 가까이에 하나 이상의 타킷을 포함하는 구조물의 적어도 일부분의 제1 이미지를 캡쳐하도록 구성된 제1 카메라를 더 포함할 수 있고, 여기서 컴퓨터 시스템은 제1 이미지를 처리하여 배치를 결정하도록 구성된다. 유용하게, 공작 장비는: 컴퓨터 시스템에 결합된, 엔드 이펙터와 도구를 포함하는, 이동가능 엔드 이펙터 어셈블리를 더 포함하고, 여기서 카메라는 엔드 이펙터 어셈블리에 고정되고, 여기서 도구를 위치키도록 구성된 컴퓨터 시스템은 엔드 이펙터 어셈블리를 위치시켜, 그에 의해 도구를 위치시키도록 구성되고, 카메라가 또한 그에 의해 위치되어 카메라의 시야가 마킹을 에워싼다. 유용하게, 공작 장비는, 카메라가 도구가 정렬되는 제2 위치에 관하여 증가하는 크기의 다수의 동심 구역으로 분할된 시야를 갖는 것이고, 구역은 허용가능 오프셋을 정의하는 제1 구역과, 허용불가능 오프셋을 정의하는 제1 구역 바깥쪽에 위치된 더 큰 제2 구역을 포함하고, 여기서 컴퓨터 시스템은 찾은 공작 위치가 제1 구역 내에 있는 경우 재위치결정하는 것 없이 구조물을 공작하도록 도구를 제어하거나, 찾은 공작 위치가 제2 구역 내에 있는 경우 구조물을 공작하도록 도구를 제어하기 전에 도구를 재위치시키도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 방법은: 공작되어질 구조물 상으로 레이저 빔을 방사하도록 레이저 소스의 동작을 지시하는 단계로서, 레이저 빔이 구조물에 대해 영구적 마킹을 적용하기 위해 하나 이상의 제어가능 파라미터로 방사되는, 단계와; 마킹을 적용하기 위한 구조물 상의 알려진 위치에 대해 레이저 빔을 조종하기 위해 스티어링 어셈블리의 동작을 지시하는 단계로서, 각각의 위치는 구조물을 공작하기 위한 공작 위치와 알려진 관계를 갖는, 단계;를 갖추어 이루어진다. 유용하게, 방법은, 스티어링 어셈블리의 동작을 지시하는 단계가: 레이저 빔을 반사하도록 구성된 미러에 결합된 갈바노미터를 제어가능하게 회전시키는 단계로서, 갈바노미터 및 미러가 특정 방향으로 레이저 빔을 조종하도록 제어가능하게 회전되는, 단계와; 갈바노미터에 결합된 광학 회전 인코더에 의해 갈바노미터의 각 위치를 측정하는 단계; 및 측정치를 기초로 구조물 상의 레이저 빔의 위치를 결정하고, 결정된 위치를 기초로 알려진 위치에 대해 레이저 빔을 조종하는 단계;를 갖추어 이루어지는 것이다. 유용하게, 방법은: 구조물 상에 또는 가까이에 하나 이상의 타킷을 포함하는 구조물의 적어도 일부분의 이미지를 캡쳐하고, 또는 구조물의 3D 모델이 발생가능할 수 있는 구조물의 표면 상의 포인트를 측정하는 단계와; 구조물의 배치를 결정하기 위해 이미지 또는 3D 모델을 처리하고, 배치를 기초로 마킹을 적용하기 위한 알려진 위치를 찾는 단계;를 더 갖추어 이루어진다. 유용하게, 방법은, 알려진 위치가 원하는 위치이고, 적어도 하나의 예에서 마킹이 원하는 위치로부터 오프셋되는 것이고, 방법이: 원하는 위치 및 마킹을 포함하는 구조물의 적어도 일부분의 이미지를 캡쳐하는 단계와; 원하는 위치를 찾기 위해 이미지를 처리하고, 찾은 원하는 위치로부터 마킹의 오프셋을 결정하는 단계;를 더 갖추어 이루어진다. 유용하게, 방법은, 이미지가 스티어링 어셈블리에 의해 조종가능한 시야를 갖춘 카메라에 의해 캡쳐되는 것이고, 방법이: 구조물 상 또는 가까이의 하나 이상의 타킷이 위치되는 하나 이상의 영역에 대해 시야를 조종하도록 스티어링 어셈블리의 동작을 지시하는 단계와; 하나 이상의 영역에 대해, 하나 이상의 타킷을 포함하는 구조물의 적어도 일부분의 하나 이상의 이미지를 캡쳐하는 단계; 및 구조물의 배치를 결정하기 위해 하나 이상의 이미지를 처리하고, 배치를 기초로 마킹을 적용하기 위한 알려진 위치를 찾는 단계:를 더 갖추어 이루어진다. 유용하게, 방법은: 각각의 위치에서 구조물에 대해 영구적 마킹을 적용하기 위해 레이저 빔이 방사되기 전에 위치에서 구조물 상에 레이저 이미지를 투사하는 단계를 더 갖추어 이루어진다. 유용하게, 방법은: 알려진 위치에서 구조물 상 또는 가까이의 재귀-반사 타킷 상으로 하나 이상의 조종가능 레이저 빔을 투사하고, 구조물의 배치의 결정을 위해 반사된 하나 이상의 빔의 측정치를 타킷으로부터 제공하는 단계를 더 갖추어 이루어진다. 유용하게, 방법은, 레이저 소스 및 스티어링 어셈블리가 레이저-마킹 시스템의 구성요소인 것이고, 방법이: 레이저 소스의 동작, 또는 초점 거리의 동적 조정을 위한 초기 초점 포인트 또는 초점 거리의 계산을 위해 레이저-마킹 시스템과 구조물 사이의 거리 측정치를 제공하는 단계를 더 갖추어 이루어진다. 유용하게, 방법은, 레이저 소스 및 스티어링 어셈블리가 레이저-마킹 시스템의 구성요소인 것이고, 방법이: 진동 센서에 의해, 구조물 또는 레이저-마킹 시스템의 진동 운동의 보상을 위해, 구조물, 또는 그 위에 배치된 진동 센서를 포함하는 레이저-마킹 시스템의 진동의 측정치를 제공하는 단계를 더 갖추어 이루어진다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 그 위의 공작 위치와의 알려진 관계에 따라 알려진 위치에서 그에 적용된 마킹을 갖춘 구조물의 배치를 결정하고; 배치에 따라 공작 위치와 적어도 부분 정렬되도록 도구를 위치결정하되, 하나의 예에서 도구가 공작 위치로부터 오프셋되는 제2 위치와 정렬되고; 마킹을 포함하는, 그리고 도구가 정렬되는 제2 위치를 더 포함하는, 구조물의 적어도 일부분의 이미지를 캡쳐하고; 공작 위치를 찾도록 이미지를 처리하고, 제2 위치로부터 그리고 찾은 공작 위치와 더욱 우수한 정렬로 되도록 도구를 재위치시키며, 찾은 공작 위치에서 구조물을 공작하도록 재위치된 도구를 제어;하기 위한 방법이다. 유용하게, 방법은, 이미지가 제2 카메라에 의해 캡쳐된 제2 이미지인 방법이고, 여기서 배치를 결정하는 것은: 제1 카메라에 의해, 구조물 상에 또는 가까이에 하나 이상의 타킷을 포함하는 구조물의 적어도 일부분의 제1 이미지를 캡쳐하는 단계와; 그에 의해 배치를 결정하기 위해 제1 이미지를 처리하는 단계;를 갖추어 이루어진다. 유용하게, 방법은, 이동가능 엔드 이펙터 어셈블리가 엔드 이펙터와 도구를 포함하는 것이고, 여기서 이미지는 엔드 이펙터 어셈블리에 고정된 카메라에 의해 캡쳐되고, 여기서 도구를 위치결정하는 것은 엔드 이펙터 어셈블리를 위치결정하고 그에 의해 도구를 위치결정하는 것을 포함하고, 카메라는 또한 그에 의해 위치되어 카메라의 시야가 마킹을 에워싼다. 유용하게, 방법은, 이미지가 도구가 정렬되는 제2 위치에 관하여 증가하는 크기의 다수의 동심 구역으로 분할된 시야를 갖춘 카메라에 의해 캡쳐되는 것이고, 구역은 허용가능 오프셋을 정의하는 제1 구역과, 허용불가능 오프셋을 정의하는 제1 구역 바깥쪽에 위치된 더 큰 제2 구역을 포함하고, 여기서 도구를 재위치결정하고 구조물을 공작하도록 재위치된 도구를 제어하는 것은 찾은 공작 위치가 제1 구역 내에 있는 경우 재위치결정하는 것 없이 구조물을 공작하도록 도구를 제어하는 것, 또는 찾은 공작 위치가 제2 구역 내에 있는 경우 구조물을 공작하도록 도구를 제어하기 전에 도구를 재위치시키는 것을 포함한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 각 예시적 구현에 따른 시스템을 나타낸다.
도 3 내지 도 6은 다양한 예시적 구현에 따른 구조물과 관련되는 구조물마킹 시스템(structure-marking system)의 각 구성을 나타낸다.
도 7은 하나의 예시적 구현에 따른 레이저-마킹 시스템(laser-marking system)을 나타낸다.
도 8은 하나의 예시적 구현에 따른 회전 인코더(rotary encoder)를 나타낸다.
도 9는 하나의 예시적 구현에 따른 공작 장비(working equipment)를 나타낸다.
도 10은 하나의 예시적 구현에 따른 카메라의 시야(field of view)를 나타낸다.
도 11 내지 도 16은 다른 각 예시적 구현에 따른 레이저-마킹 시스템을 나타낸다.
도 17은 다양한 예시적 구현에 따른, 공작 장비 또는 그 구성요소로서 기능하도록, 또는 몇몇 시스템을 구현하도록 구성될 수 있는 장치를 나타낸다.
도 18 및 도 19는 다양한 예시적 구현에 따른 방법에서 다양한 단계를 나타내는 플로우차트이다.
도 20은 하나의 예시적 구현에 따른 항공기 제조 및 서비스 방법의 흐름도의 실례이다.
도 21은 하나의 예시적 구현에 따른 항공기의 블록도의 실례이다.
본 발명의 몇몇 구현이 이하 발명의, 모든 구현이 아닌, 몇몇이 도시된, 첨부되는 도면을 참조하여 더욱 충분하게 설명될 것이다. 실제로, 본 발명의 다양한 구현은 많은 여러 형태로 구체화될 수 있고 여기서 설명되는 구현으로 제한되는 것으로 해석되지 않아야 하고; 오히려 이들 예시적 구현은 이 개시가 철저하고 완전하게 되고, 당업자에게 본 발명의 범위를 충분하게 전달할 수 있게 하기 위해 제공된다. 동일한 참조부호는 전체에 걸쳐 동일한 구성요소로 언급된다.
도 1은 본 발명의 하나의 예시적 구현에 따른 시스템(100)을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 시스템(100)은, 제작 또는 제조 공작 공간(fabrication or manufacturing work space; 108)과 같은, 하나 이상의 공작 공간의 하나 이상의 구조물(106)(예컨대, 항공기 부품) 상에서 동작하는 구조물-마킹 시스템(structure-marking system; 102) 및 공작 장비(working equipment; 104)를 포함할 수 있다. 몇몇 예에 있어서, 구조물-마킹 시스템(102) 및 공작 장비(104)는 분리적으로 패키지될 수 있고; 또는 다른 예에서, 구조물-마킹 시스템(102) 및 공작 장비(104)는 통합된 패키지 내에 함께 위치될 수 있다.
구조물-마킹 시스템(102)은 일반적으로 (예컨대, 눈금자와 유사한) 선형-측정치 마킹(linear-measurement markings)과 같은 하나 이상의 영구 마킹(110), 구조물을 정확하게 위치시키고 및/또는 방향지우기 위한 기준 마킹(fiducial markings) 등을 적용하도록 구성될 수 있고, 마킹(들)은 각 하나 이상의 알려진 위치(112)에서 구조물(106)에 적용된다. 간단화를 위해, 더 많은 마킹이 적용됨에도 불구하고, 도 1은 각 위치(112)에서 하나의 마킹(110)의 적용을 나타낸다. 더욱이, 마킹(110)은, 원, 다각형(예컨대, 삼각형, 직사각형, 정사각형, 별) 등과 같은 다수의 여러 기하학적 배열적 구조 중의 임의의 것을 가질 수 있다.
하나의 예에 있어서, 구조물-마킹 시스템(102)은 구조물(106)을 정의하고 위치(112)를 특정하는 정보를 포함하는 파일(114)을 기초로 마킹(110)을 적용하는 구조물(106) 상에서 위치(112)를 결정하도록 구성된다. "파일(file)"로 명명되었음에도 불구하고, 여기서 이러한 파일 및 다른 파일이, 하나 이상의 전자 파일, 하나 이상의 데이터베이스 등과 같은, 다수의 여러 방식 중 어느 것으로 포맷(format)될 수 있음을 이해하여야만 한다.
공작 장비(104)는 일반적으로 구조물(106)을 공작하도록 구성되고, 그 위의 하나 이상의 공작 위치(working locations; 118)(예를 위해 하나가 도시됨)에서 구조물(106)을 공작하기 위한 하나 이상의 도구(tools; 116)를 포함할 수 있다. 구조물(106)은 공작 위치(118)와의 알려진 관계에 따라 알려진 위치(112)에서 그에 적용된 마킹(110)을 가질 수 있다. 몇몇 예에 있어서, 공작 위치(118)는 마킹된 위치(112)와 일치되거나 마킹된 위치(112)로부터 결정가능할 수 있다. 공작 장비(104)는 그에 의해 (그 위치 및 방향에 의해 정의된) 그 배치를 결정하기 위해 구조물(106)의 위치 및 방향을 결정하도록 구성된 컴퓨터 시스템(120)을 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템(120)은 이어 구조물의 배치에 따라 공작 위치(118)와 적어도 부분 정렬로 도구(116)를 위치시키도록 구성될 수 있다. 그러나, 몇몇 예에 있어서, 위치된 도구(116)는 여전히 공작 위치(118)와 적어도 근소하게 오정렬(misaligned) 될 수 있다. 즉, 도구(116)는 공작 위치(118)로부터 오프셋(offset)되는 다른 (제2) 위치(122)와 정렬될 수 있다.
본 발명의 예시적 구현에 따르면, 공작 장비(104)는 마킹(110)을 포함하는 구조물(106)의 적어도 일부분의 이미지를 캡쳐하도록 구성된 카메라(124)(예컨대, 디지털 카메라, 레이저 카메라, 적외선 카메라, 열 카메라(thermal camera), 깊이 인식 또는 거리 카메라(depth-aware or range camera), 스테레오 카메라(stereo camera))를 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템(120)은, 몇몇 예에서 도구(116)가 정렬되는 다른 위치(122)를 또한 포함할 수 있는, 이미지를 캡쳐하기 위해 카메라(124)를 지시하도록 구성될 수 있다. 컴퓨터 시스템(120)은 구조물(106) 상의 공작 위치(118)를 더욱-정밀하게 찾도록 이미지를 처리할 수 있다. 컴퓨터 시스템(120)은 이어 다른 위치(122)로부터 도구(116)를 재위치시킬 수 있고 찾은 공작 위치(118)와 더욱 우수한 정렬로 된다. 컴퓨터 시스템(120)은 이어 각 공작 위치(118)에서 구조물(106)을 공작하도록 재위치된 도구(116)를 제어할 수 있다.
공작 장비(104)는, 하나 이상의 제작 또는 제조 동작을 일반적으로 포함하는 구조물에 대한 공작의 각 예에 따라, 다수의 여러 방식 중 어느 것으로 구조물(106)을 공작하도록 구성될 수 있다. 몇몇 예에 있어서, 공작 장비(104)는 공작 위치(118)에서 구멍을 천공하는 것(drilling), 각 위치(118)에서 구멍에 파스너(fastener)를 설치하는 것 등을 위한 적절한 도구(116)를 포함할 수 있다. 다른 예에 있어서, 공작 장비(104)는 공작 위치(118)를 포함하는 라인을 따라 구조물(106)을 통해 커팅을 하기 위한 적절한 도구(116)를 포함할 수 있다. 다른 예에 있어서, 공작 장비(104)는 공작 위치(118)를 포함하는 구조물(106)의 일부분을 가공경로로 내보내기(routing out) 위한 적절한 도구(116)를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 구조물-마킹 시스템(102) 및 공작 장비(104)는 공동 공작 공간(common work space; 108)의 구조물(106) 상에서 동작할 수 있다. 도 2는 구조물-마킹 시스템(102) 및 공작 장비(104)의 각각이 각 공작 공간(108)의 구조물(106) 상에서 동작할 수 있는 다른 예를 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이, 다른 예에 있어서, 구조물-마킹 시스템(102)은 제1 공작 공간(200)(예컨대, 제작 공작 공간)의 구조물(106)에 마킹(110)을 적용하도록 구성될 수 있다. 구조물(106)은 그 후 공작 장비(104)가 그 도구(116)를 위치시키고 구조물(106)을 공작하도록 구성될 수 있는 제2 공작 공간(202)에 운송되어 배치될 수 있다.
구조물-마킹 시스템(102) 및 구조물(106)은 마킹 어플리케이션을 수행하기 위해 다수의 여러 방식 중 어느 것으로 배열될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 예컨대, 구조물-마킹 시스템(102)은 원자재(302)로부터 구조물(106)을 기계가공하도록 구성된 머신 툴(machine tool; 300) 상에 장착될 수 있다. 적절한 머신 툴(300)의 예는 밀링 머신(milling machines), 선반(lathes), 드릴 프레스(drill presses) 등을 포함한다. 다른 예에 있어서, 도 4에 도시된 바와 같이, 로봇은 구조물-마킹 시스템(102)이 기계가공된 구조물(106)에 관하여 장착되고 이동될 수 있는 엔드 이펙터(end effector; 402)(예컨대, 탈착가능 엔드 이펙터)를 갖는 이동가능 암(movable arm; 400)을 포함할 수 있다. 도 5는 아래에서 구조물(106)이 이동가능 지지체(movable support; 502)에 의해 이동가능하거나 그렇지 않으면 운반될 수 있는 고정 오버헤드 시스템(stationary overhead system; 500) 상에 구조물-마킹 시스템(102)이 장착될 수 있는 다른 예를 나타낸다. 반대로, 도 6은, 고정 지지체(stationary support; 602)에 의해 고정 또는 그렇지 않으면 운반될 수 있는, 구조물(106) 위를 이동하도록 구성될 수 있는 이동가능 오버헤드 시스템(movable overhead system; 600) 상에 구조물-마킹 시스템(102)이 장착될 수 있는 예를 나타낸다.
구조물-마킹 시스템(102)은 다수의 여러 프로세스 중 어느 것에 따라 구조물(106) 상의 위치(112)에서 마킹(110)을 적용하도록 구성될 수 있다. 적절한 프로세스의 예는 레이저 마킹(laser marking), 화학적 마킹(chemical etching), 포토 에칭(photo etching), 잉크-젯 프린팅(ink-jet printing), 기계적 스탬핑(mechanical stamping), 명찰(nameplates), 캐스팅/몰딩(casting/molding), 공압식 핀 또는 도트-핀 마커(pneumatic pin or dot-peen marker), 진동 연필(vibratory pencil), CO2 레이저 마스크 마킹(laser mask marking) 등을 포함한다. 도 7은 하나의 예시적 구현에 따른 레이저-마킹 시스템(700)을 나타낸 것으로, 도 1의 시스템(100)의 구조물-마킹 시스템(102)의 하나의 예일 수 있다. 도시된 바와 같이, 레이저-마킹 시스템(700)은 렌즈 어셈블리(706)(예컨대, 대물 렌즈(objective lens))를 통해 구조물(708)(예컨대, 구조물(106)) 상으로 레이저 빔(704)을 방사하도록 구성된 레이저 소스(laser source; 702)를 포함한다.
레이저-마킹 시스템은 구조물(708) 상으로 레이저 빔(704)을 조종하도록 구성된 스티어링 어셈블리(steering assembly; 710)를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 스티어링 어셈블리(710)는, 갈바노미터(712, 714)의 각 제1 및 제2 갈바노미터 샤프트(720, 722)에 의해, 각 제1 및 제2 미러(716, 718)에 결합된 제1 및 제2 갈바노미터(712, 714)를 포함할 수 있다. 도시된 스티어링 어셈블리(710)는 인벨롭(envelope; 724) 내에서 다중 방향(예컨대, Cartesian x, y)으로 레이저 빔(704)을 조종할 수 있다. 다른 예에서, x 또는 y 방향의 어느 한 쪽으로 레이저 빔(704)을 조종하기 위해, 스티어링 어셈블리(710)는 제1 갈바노미터(712) 및 미러(716), 또는 제2 갈바노미터(714) 및 미러(718)만을 포함할 수 있다. 그리고 몇몇 예에 있어서, 렌즈 어셈블리(706)는 z 방향으로 레이저 빔(704)을 더욱 조종할 수 있도록 DFM(dynamic focus module)을 포함할 수 있다.
레이저 소스(702)는 그 동작을 관리하도록 구성된 레이저 콘트롤러(726)에 결합될 수 있다. 마찬가지로, 스티어링 어셈블리(710)는 갈바노미터(712, 714)에 결합되고, 분리적으로 또는 함께, 그들의 동작을 관리하도록 구성된 하나 이상의 갈바노미터 콘트롤러(728)를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 레이저-마킹 시스템(700)은 또한 콘트롤러(726, 728)에 결합된 컴퓨터 시스템(730)을 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템(730)은 레이저 소스(702)로부터의 레이저 빔(704)을 조종하기 위해 레이저 소스(702) 및 갈바노미터(712, 714)의 동작을 지시하도록 구성될 수 있다. 몇몇 예에 있어서, 그 구성요소의 각각을 포함하는 레이저-마킹 시스템(700)은 구조물(708)에 관하여 함께 배열될 수 있다(예컨대, 도 3 내지 도 6). 다른 예에 있어서, 컴퓨터 시스템(730)은 다른 구성요소와 분리되어 배열될 수 있고, 유선 또는 무선에 의해 다른 구성요소와 통신하도록 구성될 수 있다.
동작에 있어서, 컴퓨터 시스템(730)은 제어 신호를 수신할 수 있는 레이저 콘트롤러(726)로 제어 신호를 전송하고 레이저 소스(702)가 전력, 파장 등과 같은 하나 이상의 제어가능 파라미터로 레이저 빔(704)을 방사할 수 있도록 할 수 있다. 레이저 빔(704)은 렌즈 어셈블리(706)를 통해 제1 미러(716) 상으로 향할 수 있고, 제2 미러(718) 상으로 반사되며, 구조물(708) 상에 충돌한다. 컴퓨터 시스템(730)은 하나 이상의 부가적 제어 신호를 갈바노미터 콘트롤러(728)로 전송할 수 있다. 갈바노미터 콘트롤러(728)는 부가적 제어 신호를 수신하고 갈바노미터(712, 714)를 제어가능하게 위치시킬 수 있고, 이는 결국 레이저 빔(704)을 조종하도록 각 미러(716, 718)를 제어가능하게 위치시킨다. 하나의 예에 있어서, 각 갈바노미터(712, 714)는 약 40°범위 내에서 소정 위치로 회전하도록 제어될 수 있다. 레이저 빔(704)은 그에 의해 x 및 y 방향으로 원하는 범위의 각도에 걸쳐 제어된 벡터 방향으로 제2 미러(718)를 떠날 수 있다.
레이저-마킹 시스템(700)이 증가된 정밀도로 레이저 빔(704)을 조종할 수 있도록 하기 위해, 제1 및 제2 갈바노미터(712, 714)는, 절대 광학 회전 인코더(absolute optical rotary encoders)(전송 또는 반사)와 같은, 제1 및 제2 위치-피드백 인코더(first and second positional-feedback encoders; 732, 734)에 결합될 수 있다. 인코더(732, 734)는, 분리적으로 또는 함께, 그 동작을 관리하도록 구성된 하나 이상의 인코더 콘트롤러(encoder controllers; 736)에 결합될 수 있다. 위치-피드백 인코더(positional-feedback encoders; 732, 734)는 갈바노미터(712, 714), 또는 특히 그들의 각각의 샤프트(720, 722)의 각 위치(angular position)를 측정하도록 구성될 수 있고, 인코더 콘트롤러(736)를 매개로 컴퓨터 시스템(730)으로 각-위치 측정치(angular-position measurements)를 전송한다. 컴퓨터 시스템(730)은 결국 각 위치 측정치(angular position measurements)를 기초로 구조물(708) 상에서 레이저 빔(704)의 위치 (예컨대, Cartesian x, y 좌표)를 결정하도록 구성될 수 있고, 결정된 위치를 기초로 알려진 위치(112)로 레이저 빔(704)을 조종할 수 있다. 몇몇 예에 있어서, 레이저-마킹 시스템(700)은 레이저 빔(704)의 눈에 띄고(line-of-sight) 눈에 띄지 않는 (out-of-sight) 위치결정의 양쪽을 가능하게 하는, 구조물(708) 상으로 레이저 빔(704)을 향하게 하는 것을 용이하게 할 수 있는 다른 광학(예컨대, 잠망경(periscopes), 프리즘 등)을 포함할 수 있다.
도 8은, 도 7의 레이저-마킹 시스템(700)의 위치-피드백 인코더(732, 734)의 하나의 예일 수 있는, 하나의 예시적 구현에 따른 투과 광학 회전 인코더(transmissive optical rotary encoder; 800)를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 회전 인코더(800)는 그 주변에 대해 배치된 하나 이상의 코드 패턴(804)을 갖는 원형의, 투명하고 회전가능한 인코더 판(802)(때때로 디스크로서 언급됨)을 포함한다. 회전 인코더(800)는 또한, 그 양 쪽이 인코더 판(encoder plate; 802)의 회전에 관하여 고정으로 유지되는, 인코더 판(802)의 각각의 대향하는 측(opposing sides; 810a, 810b) 상에 서로 함께 정렬된 광원(light source; 806)(예컨대, 발광 다이오드) 및 광검출기(photodetector; 808)를 포함한다. 광원(806)은 집광기 어셈블리(condenser assembly; 812)를 통해, 도시된 바와 같이, 직접 인코더 판(802) 상으로 광 빔(light beam; 810)을 방사하도록 구성될 수 있다. 광 빔(810)은 광원(806)과 함께 정렬된 코드 패턴(code pattern; 804)의 일부 상에 충돌할 수 있고, 패턴의 밀도(pattern’s density)를 기초로, 광(810)의 양은 코드 패턴(804), 그리고 결국 투명 인코더 판(802)을 통해 지나갈 수 있다. 인코더 판(802)을 통해 지나가는 광(810)의 양은 직접적으로, 또는 도시된 바와 같이, 고정 마스크(stationary mask; 814)를 통해, 광검출기(808)에 의해 검출될 수 있다. 그리고, 광검출기(808)는 인코더 판(802)을 통해 지나간 광의 양의 크기(magnitude)를 나타내는 전기 신호를 발생시키도록 구성될 수 있다.
또한 도시된 바와 같이, 인코더 판(802)은, 결국 갈바노미터 샤프트(818)(예컨대 샤프트(720, 722))에 설치될 수 있는, 회전가능 샤프트(816) 상에 설치될 수 있다. 그에 의해 이는 갈바노미터 샤프트(818)와 그에 결합된 그의 미러(예컨대, 미러(716, 718))의 회전과 협력하여 인코더 판(802)의 회전을 제공할 수 있다. 미러는 위치가 변함에 따라, 인코더 판(802)은 회전할 수 있고, 그에 의해 광검출기(808)에 의해 검출된 광 빔의 강도를 증가 또는 감소시킨다. 코드 패턴(804)은 인코더 판(802)의 절대 위치(absolute position)를 나타내도록 설계될 수 있고, 샤프트(816, 818)는 서로에 관하여 알려진 위치에서 그들 각각의 인코더 판(802) 및 미러와 서로 결합될 수 있다. 검출된 광 빔(810)의 강도는 그에 의해, 결국 갈바노미터 샤프트(818)에 결합된 미러의 위치의 표시를 제공할 수 있는, 인코더 판(802)의 위치의 표시를 제공할 수 있다.
도 7을 참조하면, 레이저 소스(702)는, 결국 구조물(708) 상의 위치(740)(예컨대, 위치(112))에 마킹(738)(예컨대, 마킹(110))을 발생시킬 수 있는, 레이저 빔(704)을 발생시킬 수 있는 다수의 여러 형태의 레이저 중 어느 것을 포함할 수 있다. 적절한 형태의 레이저의 예는 가스 레이저(gas lasers)(예컨대, CO 레이저, CO2 레이저, 엑시머(excimer) 레이저), 고체-상태 레이저(solid-state lasers)(예컨대, Nd:YAG 레이저), 반도체 레이저(semiconductor lasers), 광섬유 레이저(fiber lasers) 등을 포함한다. 레이저-마킹 시스템(700)은, 레이저 소스(702)로부터 레이저 빔(704)의 파라미터(예컨대, 전력 파장)를 제어하는 것에 의해 변할 수 있는, 다수의 여러 레이저-마킹 프로세스 중 어느 것에 따라 구조물(708)을 마크하도록 구성될 수 있다. 몇몇 예에 있어서, 적절한 레이저-마킹 프로세스는 구조물(708)이 형성되는 재료에 의존할 수 있다. 적절한 재료의 몇몇 예는 금속 (예컨대, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 금,은, 티타늄, 청동, 백금, 구리), 플라스틱(예컨대, ABS, 폴리카보네이트, 폴리아미드, PMMA, 레이저 첨가제를 구비하는 플라스틱(plastics with laser additives)), 코팅 금속, 코팅된 플라스틱, 페인트, 목재, 유리, 섬유 복합재, 호일(foils), 필름(films), 패키징(packaging), 라미네이트(laminates) 등을 포함한다.
적절한 레이저 마킹 프로세스의 예는 레이저 조각(laser engraving), 제거(removing), 염색(staining), 열처리(annealing) 및 발포(foaming)를 포함한다. 레이저 조각은 일반적으로 표면에 자국(impression)을 발생시키기 위해 구조물(708)의 표면을 용해(melt) 및 증발(evaporate)시키도록 레이저 빔(704)을 이용하는 것을 포함한다. 제거는 일반적으로, 상부 코팅(top coat)과 구조물(708)이 다른 컬러를 갖는 경우에 콘트라스트(contrast)를 발생시킬 수 있는, 구조물(708)의 표면에 적용된 하나 이상의 상부 코팅을 제거하기 위해 레이저 빔(704)을 이용하는 것을 포함한다. 염색은 일반적으로, 표면의 변색(discoloration)을 초래할 수 있는, 구조물(708)의 표면 상에서 화학적 반응이 야기되는 열 효과(heat effect)를 발생시키는 레이저 빔(704)을 포함한다. 다양한 염색 프로세스(staining processes)에 따르면, 빔 에너지(beam energy)는, 반사된 에너지(reflected energy)가 이러한 목적을 위해 또한 이용될 수 있음에도 불구하고, 코팅 층의 표면 특성을 변경시키도록 조정될 수 있다.
열처리 프로세스(annealing process)에 있어서, 레이저 빔(704)의 열 효과는, 표면의 변색을 초래할 수 있는, 구조물(708)의 표면 아래에서 산화(oxidation)를 야기시킬 수 있다. 발포 프로세스(foaming process)는 일반적으로 그 표면 상에서 가스 거품(gas bubbles)을 발생시키기 위해 구조물(708)을 용해하도록 레이저 빔(704)을 이용한다. 가스 거품은 표면의 다른 영역 보다 컬러에 있어서 더 밝은 영역을 발생시키기 위해 광을 분산되게 반사할 수 있다.
컴퓨터 시스템(730)은 원하는 마킹 프로세스에 따라 구조물(708) 상에 마킹(들)(738)을 적용하기 위해 레이저 소스(702)로부터 레이저 빔(704)의 파라미터를 제어하도록 구성될 수 있다. 컴퓨터 시스템(730)은 마킹(들)(738)을 적용하기 위해 구조물(708) 상에 위치(들)(740)를 정의할 수 있는 스캐닝 패턴에 따라 갈바노미터(712, 714)를 제어하도록 또한 구성될 수 있다. 컴퓨터 시스템(730)은 갈바노미터(712, 714)를 제어하기 위해 수동으로 또는 자동으로 동작될 수 있고, 그에 의해 마킹(들)(738)을 적용한다.
하나의 예에 있어서, 컴퓨터 시스템(730)은, 레이저-마킹 시스템(700)과 함께 또는 분리되어 구성될 수 있고 (유선 또는 무선에 의해) 통신할 수 있는, 엔지니어 스테이션(742)에 결합될 수 있거나 엔지니어 스테이션(742)을 구현하도록 구성될 수 있다. 엔지니어 스테이션(742)은 사용자(예컨대, 디자인 엔지니어)가 구조물(708)과 관련된 디자인 마스터 파일(design master file; 744)을 생성할 수 있도록 하기 위해 Unigraphics, CATIA 또는 다른 CAD/CAM-형태 어플리케이션과 같은 적절한 소프트웨어를 실행하도록 구성될 수 있다. 디자인 마스터 파일(744)은 구조물(708)을 정의하는 구조물 기하학적 배열(예컨대, 포인트, 각도, 선)과 관련되는 구조물 엣지 정보(edge-of-structure information)를 특정할 수 있다. 하나의 예에 있어서, 구조물 엣지 정보는, 구조물(708)의 각 엣지에 대해, 엣지의 이미지를 형성하기 위해 그래프로 연결가능한 일련의 포인트 개체(point objects)를 포함할 수 있다.
디자인 마스터 파일(744)은 구조물(708)의 배치가 마킹(738)이 적용되는 위치(740)와 레이저 빔(704)의 정확한 정렬을 가능하게 하도록 결정될 수 있는 교정 포인트 정보(calibration point information)를 또한 포함할 수 있다. 이하 설명되는 바와 같이, 이러한 정보는 구조물(708)을 공작하기 위한 도구(예컨대, 도구(116))의 정렬을 또한 가능하게 할 수 있다. 하나의 예에 있어서, 교정 포인트 정보는 구조물(708) 상 또는 그에 가까운 다중 타킷(multiple targets)의 알려진 위치를 제공할 수 있다. 다양한 예에 있어서, 이들 타킷은, 마킹(738)과는 달리될 수 있는, 구조물(708)의 코너, 엣지 또는 다른 특징을 포함할 수 있다.
디자인 마스터 파일(744)은 또한 구조물(708)을 마킹하고 공작하기 위한 위치 정보를 특정할 수 있다. 위치 정보는 구조물(708)을 마크할 하나 이상의 위치(740)를 식별시킬 수 있다. 위치 정보는, 구멍 천공, 파스너(fastener) 설치, 커팅(cutting), 가공경로(routing) 등을 위한 위치와 같은, 구조물을 공작하기 위한 하나 이상의 공작 위치(746)를 식별시킬 수 있다. 하나의 예에 있어서, 위치 정보는 절대 좌표(absolute coordinates (예컨대, Cartesian x, y, z)), 또는 마크되거나 공작될 구조물(708)의 하나 이상의 코너, 엣지 또는 다른 특징에 관한 좌표 또는 거리에 의해 제공될 수 있다. 상기한 바와 같이, 공작 위치(746)는 그 알려진 위치(740)에서 마킹(738)과 일치되거나 그렇지 않으면 마킹(738)으로부터 결정가능하게 될 수 있다. 따라서, 하나의 예에 있어서, 공작 위치(746)는 하나 이상의 마킹(738)에 관한 좌표 또는 거리에 의해 제공될 수 있다.
디자인 마스터 파일(744)의 정확한 콘텐츠와 관계 없이, 엔지니어 스테이션(742), 컴퓨터 시스템(730) 또는 엔지니어 스테이션(742) 또는 컴퓨터 시스템(730)의 어느 하나 또는 양쪽에 결합된 다른 설비는 하나 이상의 레이저 마킹 출력 파일(laser marking output files; 748)(예컨대, 파일(114))을 발생시키도록 디자인 마스터 파일(744)을 처리 및/또는 리포맷(reformat)할 수 있다. 레이저 마킹 출력 파일(748)은, 컴퓨터 시스템(730)에 의해 이해되는 포맷으로, 구조물(708)을 마킹하기 위한 구조물 엣지 정보, 교정 포인트 정보, 및 위치 정보를 포함할 수 있다. 하나의 예에 있어서, 레이저 마킹 출력 파일(748)은 원하는 마킹 프로세스를 수행하도록 레이저 빔(704)의 파라미터를 또한 포함할 수 있다. 다른 예에 있어서, 컴퓨터 시스템(730)은 파라미터를 분리적으로 수신할 수 있고, 또는 레이저 소스(702)는 파라미터로 레이저 빔(704)을 발생시키도록 더욱 직접적으로 구성될 수 있다.
몇몇 예에 있어서, 레이저 마킹 출력 파일(748)은 엔지니어 스테이션(742) 또는 다른 설비로부터 컴퓨터 시스템(730)으로 전송될 수 있다(다운로드되거나 업로드됨). 다른 예에 있어서, 디자인 마스터 파일(744)은 엔지니어 스테이션(742)으로부터 컴퓨터 시스템(730)으로 전송될 수 있고(다운로드되거나 업로드됨), 컴퓨터 시스템(730) 그 자체는 레이저 마킹 출력 파일(748)을 발생시킨다(또는 레이저 마킹 출력 파일(748)을 발생시키도록 다른 설비를 야기시킴). 컴퓨터 시스템(730)이 레이저 마킹 출력 파일(748)을 수신하면(또는 발생시키면), 컴퓨터 시스템(730)은 그 위의 위치(740)에서 마킹(738)을 적용하도록 구조물(708) 상에 레이저 빔(704)의 정렬(alignment) 또는 투사(projection)를 위해 레이저 마킹 출력 파일(748)을 이용할 수 있다.
도 9는 하나의 예시적 구현에 따른 공작 장비(900)(전자-기계적 머신)를 나타낸 것으로, 도 1의 원점 웨이포인트(100)의 공작 장비(104)의 하나의 예일 수 있다. 하나의 예에 있어서, 공작 장비(900)는 고정 또는 이동 로봇으로 구현될 수 있다. 도시된 바와 같이, 공작 장비(900)는 엔드 이펙터 어셈블리(end effector assembly; 904)를 갖는 암(arm; 902)을 포함할 수 있다. 엔드 이펙터 어셈블리(904)는 엔드 이펙터(906)와 엔드 이펙터(906)와 통합되거나 그렇지 않으면 그에 고정되는 도구(908)(예컨대, 도구(116))를 포함한다. 엔드 이펙터 어셈블리(904)는, 상기한 바와 같이, 일반적으로 하나 이상의 제작 또는 제조 동작(예컨대, 구멍(들) 천공, 파스너(들) 설치, 커팅, 가공경로)를 포함할 수 있는, 구조물(910)(예컨대, 구조물(106, 708))을 공작하기 위한 구조물(910)에 관하여 도구(908)를 위치시키도록 하나 이상의 축(x, y, z) 주위에서 (직접적으로 또는 암(902)을 매개로) 이동가능할 수 있다.
공작 장비(900)는, 각각의 하나 이상의 알려진 위치(916)(예컨대, 위치(112, 740))에서 하나 이상의 마킹(914)(예컨대, 마킹(110, 738))과 일치될 수 있거나 그렇지 않으면 하나 이상의 마킹(914)으로부터 결정될 수 있는, 그 위의 하나 이상의 공작 위치(912)(예컨대, 공작 위치(118, 746))에서 구조물(910)을 공작하도록 구성될 수 있다. 공작 장비가 공작 위치(912)와 정렬되게 그 도구(908)를 위치시킬 수 있도록 하기 위해, 공작 장비(900)는 또한 하나 이상의 디지털 카메라, 레이저 카메라, 적외선 카메라, 열 카메라, 깊이 인식 또는 거리 카메라, 스테레오 카메라 또는 전자 이미지를 캡쳐하도록 구성된 유사한 장치와 같은, 하나 이상의 카메라를 또한 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 예컨대, 공작 장비(900)는 각각의 제1 및 제2 시야(922, 924) 내의 각각의 이미지를 캡쳐하도록 구성된 제1 및 제2 카메라(918, 920)를 포함할 수 있다. 몇몇 예에 있어서, 제1 카메라(918)는 공작 장비(900)에 관하여 고정된 위치에 있을 수 있고, 반면 제2 카메라(920)는 엔드 이펙터 어셈블리(904)에 고정될 수 있다.
암(902), 엔드 이펙터(906) 및/또는 도구(908)는 그들의 동작을 관리하도록 구성된 하나 이상의 콘트롤러(926)에 결합될 수 있다. 공작 장비(900)는 콘트롤러(926)에 결합된 컴퓨터 시스템(928)(예컨대, 컴퓨터 시스템(120))뿐만 아니라 카메라(918, 920)를 또한 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템(928)은 구조물(910)의 이미지를 캡쳐하고 제공하기 위해 카메라(918, 920)를 지시하도록 구성될 수 있다. 컴퓨터 시스템(928)은 구조물(910)의 배치(위치 및 방향)를 결정하기 위해 이미지를 처리하고 구조물(910)을 공작하기 위한 공작 위치(912)를 찾도록 구성될 수 있다. 컴퓨터 시스템(928)은 구조물(910)의 배치 및 공작 위치(912)를 기초로 공작 위치(912)와 정렬되게 도구(908)를 위치시키기 위해 콘트롤러(926)를 지시하도록 또한 구성될 수 있다. 그리고 컴퓨터 시스템(928)은 결국 위치(912)에서 구조물(910)을 공작하기 위해 도구(908)를 제어하도록 콘트롤러(926)를 지시할 수 있다. 동일하거나 유사한 위치결정 및 공작 프로세스가 이어 소정의 다른 공작 위치(912)에 대해 반복될 수 있다.
다양한 더욱 특정 예에 따르면, 컴퓨터 시스템(928)은, 제어 신호를 수신하고 하나 이상의 타킷이 위치될 수 있는 제1 시야(922)를 커버하는 구조물(910)의 제1 이미지를 캡쳐할 수 있는, 제1 카메라(918)로 제어 신호를 전송할 수 있다. 상기 제안된 바와 같이, 적절한 타킷의 예는 구조물(910)의 코너(930), 엣지(932) 또는 다른 특징을 포함한다. 제1 카메라(918)는, 구조물(910)의 배치를 결정하도록 제1 이미지를 처리할 수 있는, 컴퓨터 시스템(928)에 제1 이미지를 전송할 수 있다.
몇몇 예에 있어서, 컴퓨터 시스템(928)은 엔지니어 스테이션(742)과 동일하거나 유사한 엔지니어 스테이션(934)에 결합될 수 있거나 엔지니어 스테이션(934)을 구현하도록 구성될 수 있다. 엔지니어 스테이션(742)과 유사하게, 엔지니어 스테이션(934)은 공작 장비(900)와 함께 배열될 수 있거나 그로부터 분리될 수 있고 (유선 또는 무선에 의해) 통신될 수 있다. 또한 엔지니어 스테이션(742)과 유사하게, 엔지니어 스테이션(934)은 디자인 마스터 파일(744)과 동일하거나 유사한 디자인 마스터 파일(936)을 생성하기 위해 이용될 수 있다. 상기한 바와 같이, 디자인 마스터 파일(936)은 구조물 기하학적 배열에 관한 구조물 엣지 정보(edge-of-structure information)를 특정할 수 있고, 타킷(930, 932)의 알려진 위치와 함께 교정 포인트 정보를 포함한다. 하나의 예에 있어서, 이어, 컴퓨터 시스템(928)은 디자인 마스터 파일(936)을 이용해서 제1 이미지를 처리할 수 있다.
하나의 예에 있어서, 공작 장비(900)는 제1 카메라(918)에 부가 또는 대신하여 레이저 스캐너(938)(예컨대, 3D 스캐너)를 포함할 수 있다. 본 예에 있어서, 레이저 스캐너(938)는 컴퓨터 시스템(928)이 구조물(910)의 배치를 결정할 수 있도록 하기 위해 제1 카메라(918)와 유사하게 기능할수 있다. 레이저 스캐너(938)는 구조물(910)을 스캔하고 구조물(910)의 표면 상의 포인트의 측정치를 제공하도록 구성될 수 있다. 레이저 스캐너(938)는, 구조물(910)의 포인트 크라우드(point cloud) 또는 다른 3D 모델을 발생시키는 측정치를 처리할 수 있는, 컴퓨터 시스템(928)으로 측정을 전송할 수 있다. 컴퓨터 시스템(928)은 이어 구조물(910)의 배치를 결정하기 위해 3D 모델을 처리할 수 있다. 그리고, 이전과 유사하게, 하나의 예에 있어서, 컴퓨터 시스템(928)은 디자인 마스터 파일(936)을 이용해서 측정치 또는 3D 모델을 처리할 수 있다.
또한 상기한 바와 같이, 디자인 마스터 파일(936)은 공작 위치(912)를 식별시키는 위치 정보를 또한 특정할 수 있다. 하나의 예에 있어서, 컴퓨터 시스템(928)은 구조물(910)의 배치 및 공작 위치(912)를 기초로 도구(908)를 위치시키기 위해 콘트롤러(926)로 부가적 제어 신호를 전송할 수 있다. 이와 관련하여, 콘트롤러(926)는 제어 신호를 수신할 수 있고 엔드 이펙터 어셈블리(904)를 제어가능하게 위치시켜 위치(912)와 적어도 부분 정렬로 도구(908)를 제어가능하게 위치시킨다. 그러나, 몇몇 예에 있어서, 위치된 도구(908)는 여전히 공작 위치(912)와 적어도 부분적으로 근소하게 오정렬될 수 있다. 즉, 도구(908)는 공작 위치(912)로부터 오프셋되는 다른 위치(940)(예컨대, 위치(122))와 정렬될 수 있다.
예시적 구현에 따르면, 제2 카메라(920)(예컨대, 카메라(124))는 공작 위치(912)에 대해 다른 위치(940)와의 그 정렬을 이동시키기 위해(또는 그에 더 가깝게) 도구(908)의 재위치결정(repositioning)을 가능하게 할 수 있다. 몇몇 예에 있어서, 컴퓨터 시스템(928)은, 제어 신호를 수신하고 마킹(914)이 위치될 수 있는 제2 시야(924)를 커버하는 구조물(910)의 제2 이미지를 캡쳐하며, 또한 다른 위치(940)를 포함할 수 있는, 제2 카메라(920)로 제어 신호를 전송할 수 있다. 그에 의해 제2 이미지는 마킹(914)을 포함할 수 있다. 제2 카메라(920)가 엔드 이펙터 어셈블리(904)에 고정될 수 있는 하나의 예에 있어서, 제2 시야(924)는 제1 시야(922) 보다 더 작을 수 있다. 본 예에 있어서, 공작 위치(912)와 더욱 그 오정렬로 위치된 도구(908)는 또한 제2 카메라(920)를 위치시킬 수 있어 그 시야(924)는 마킹(914)을 에워싼다. 제2 카메라(920)는, 구조물(910) 상의 공작 위치(912)를 더욱 정밀하게 찾기 위해 제2 이미지를 처리할 수 있는, 컴퓨터 시스템(928)으로 제2 이미지를 전송할 수 있다. 하나의 예에 있어서, 마킹(914)의 기하학적 배열은 구조물(910)을 공작하는 방식을 나타낼 수 있고, 본 예에 있어서, 컴퓨터 시스템(928)은 구조물(910)을 공작하는 각각의 방식을 결정하도록 제2 이미지를 더욱 처리할 수 있다. 몇몇 예에 있어서, 디자인 마스터 파일(936)의 위치 정보는 공작 위치(912)에 부가하여, 마킹(914)의 위치(916)를 더욱 식별시킬 수 있다. 이들 예에 있어서, 컴퓨터 시스템(928)은 디자인 마스터 파일(936)을 이용해서 제2 이미지를 다시 처리할 수 있다.
공작 위치(912)를 위치시킨 후, 컴퓨터 시스템(928)은 찾은 공작 위치(912)를 기초로 도구(908)를 재위치시키기 위해 콘트롤러(926)로 더욱 제어 신호를 전송할 수 있다. 이전과 유사하게, 콘트롤러(926)는 제어 신호를 수신할 수 있고 암(902) 및/또는 엔드 이펙터 어셈블리(904)를 제어가능하게 위치시켜 위치(912)와 증가된 정렬로 되도록 도구(908)를 제어가능하게 위치시킨다. 동일하거나 또 다른 제어 신호에 있어서, 컴퓨터 시스템(928)은 결국 위치(912)에서 구조물(910)을 공작하기 위해 도구(908)를 제어하도록 콘트롤러(926)를 또한 지시할 수 있다. 몇몇 예에 있어서, 콘트롤러(926)는 마킹(914)의 기하학적 배열에 의해 나타낸 방식에 따라 구조물(910)을 공작하기 위해 도구(908)를 제어하도록 지시될 수 있다. 동일하거나 유사한 위치결정 및 공작 프로세스가 이어 소정의 다른 공작 위치(912)에 대해 반복될 수 있다.
몇몇 예에 있어서, 컴퓨터 시스템(928)은 공작 위치(912)에 대한 그 정렬된 위치(940)로부터의 오프셋이 소정의 임계값 보다 더 큰 경우에 도구(908)를 재위치시키도록 구성될 수 있다. 도 10은 제2 카메라(920)의 시야(924)를 나타내고, 도구(908)가 공작 위치(912) 대신 정렬된 위치(940)를 포함한다. 시야(924)는 정렬된 위치(940)에 관하여 증가하는 크기의 다수의 동심 구역(concentric zones)으로 분할될 수 있고, 하나의 예에 있어서 제1 구역(1000)과, 제1 구역(1000) 바깥쪽에 위치된 더 큰 제2 구역(1002), 및 제2 구역(1002) 바깥쪽에 위치된 더욱 더 큰 제3 구역(1004)을 포함한다. 구역들은 공작 위치(912)로부터 정렬된 위치(940)의 허용가능 오프셋 또는 허용불가능 오프셋을 위한 바람직한 임계값에 따른 크기로 될 수 있다. 예컨대, 제1 구역(1000)은 허용가능 오프셋을 정의할 수 있고, 제2 및 제3 구역(1002, 1004)은 허용불가능 오프셋을 정의할 수 있다.
공작 위치(912)가 제1 구역(1000) 내에 있는 경우, 공작 장비(900)는 재위치결정 없이 구조물(910)을 공작하도록 도구(908)를 제어할 수 있다. 공작 장비(900)는 마킹(914)이 제2 및/또는 제3 구역(1002, 1004) 내에 있는 경우 구조물(910)을 공작하기 전에 도구(908)를 대신 재위치시킬 수 있다. 하나 이상의 특정 예에 있어서, 공작 장비(900)는 공작 위치(912)가 제2 구역(1002) 내에 있는 경우 도구(908)를 재위치시킬 수 있다. 공작 위치가 제3 구역(1004) 내에 있는 경우, 공작 장비(900)는, 도구(908)를 재위치결정하는 것에 부가 또는 대신하여, 오퍼레이터에게 시각적 및/또는 청각적 에러 통보(error notification)를 발생시킬 수 있다.
도 9와 관련하여 도시되고 설명된 바와 같이, 공작 장비(900)는 구조물(910)을 배치하고 구조물(910)의 공작 위치(912)와 정렬되도록 도구(908)를 위치결정/재위치결정하기 위한 카메라(918, 920)를 포함할 수 있다. 몇몇 예에 있어서, 레이저-마킹 시스템(700)은 레이저-마킹 시스템(700)이 유사하게 구조물(708)을 배치할 수 있도록 하는 하나 이상의 카메라를 더 포함할 수 있고, 레이저-마킹 시스템(700)은 각각의 하나 이상의 위치(740)에 적용된 하나 이상의 마킹(738)을 더욱 검사(inspect)할 수 있도록 한다. 도 11은 도 7과 유사한 레이저-마킹 시스템(1100)의 하나의 예를 나타내지만, 컴퓨터 시스템(730)에 결합된 제1 및 제2 카메라(1102, 1104)를 더 포함하고 각각의 제1 및 제2 시야(1106, 1108) 내의 각각의 이미지를 갭쳐하도록 구성된다. 몇몇 예에 있어서, 제1 시야(1106)는 고정될 수 있는 반면, 제2 시야(1108)는 조종가능할 수 있다. 도시된 예에 있어서, 제2 카메라(1104)는 레이저 빔(704)에 따라 광학 필터(1110)로 향한 그 시야(1108)로 위치될 수 있다. 광학 필터(1110)는 레이저 빔(704)을 지나가게 하고, 제2 카메라(1104)로 광을 반사하도록 구성될 수 있다. 본 예에 있어서, 제2 시야(1108)는 레이저 빔(704)과 유사한 방식으로 스티어링 어셈블리(710)에 의해 조종가능할 수 있다.
도 9와 관련하여 상기 설명된 것과 유사한 방식에 있어서, 컴퓨터 시스템(730)은 구조물(708)의 코너(1112), 엣지(1114) 또는 다른 특징과 같은 하나 이상의 타킷을 포함하는 구조물(708)의 제1 이미지를 캡쳐하고 제공하기 위해 제1 카메라(1102)를 지시하도록 구성될 수 있다. 공작 장비(900)와 유사하게, 하나의 예에 있어서, 레이저-마킹 시스템(1100)은 제1 카메라(1102)에 부가 또는 대신하여 레이저 스캐너(1116)(예컨대, 3D 스캐너)를 포함할 수 있다. 레이저 스캐너(938)와 유사하게, 레이저 스캐너(1116)는, 컴퓨터 시스템(730)이 구조물(708)의 포인트 크라우드 또는 다른 3D 모델을 발생시킬 수 있는, 구조물(708)을 스캔하고 구조물(708)의 표면 상의 포인트의 측정치를 제공하도록 구성될 수 있다. 컴퓨터 시스템(730)은 구조물(708)의 배치(위치 및 방향)를 결정하기 위해 제1 이미지 또는 3D 모델을 처리할 수 있다.
컴퓨터 시스템(730)은 구조물의 배치를 기초로 마킹(738)을 적용하기 위한 위치(740)를 찾을 수 있고, 각각의 위치(740)와 정렬되도록 레이저 빔(704)을 위치시키기 위해 스티어링 어셈블리(710)를 지시한다. 그리고, 컴퓨터 시스템(730)은 위치(740)에서 마킹(738)을 적용하도록 레이저 빔(704)을 발생시키기 위해 결국 레이저 소스(702)를 제어하도록 레이저 콘트롤러(726)를 지시할 수 있다. 동일하거나 유사한 위치결정 및 마킹 프로세스는 이어 소정의 다른 마킹(738)에 대해 반복될 수 있다.
레이저-마킹 시스템(1100)이 마킹(738)을 적용함에 따라 또는 후에, 레이저-마킹 시스템(1100)은, 그 적절한 기하학적 배열, 위치 등에 대한 것과 같은, 적용된 마킹(738)을 검사하기 위해 제2 카메라(1104)를 이용할 수 있다. 몇몇 예에 있어서, 마킹(738)은 그 원하는 위치(740)(공작 위치(912) 참조)로부터 오프셋되는 다른 위치(위치(940) 참조)에 적용될 수 있다. 도 9를 참조하여 상기 설명된 것과 유사한 방식에 있어서, 이어, 컴퓨터 시스템(730)은 원하는 위치(740)를 포함할 수 있는 제2 이미지를 캡쳐 및 제공하기 위해 제2 카메라(1104)를 지시하도록 구성될 수 있고, 마킹이 다른 위치에 적용된다. 컴퓨터 시스템(730)은 구조물(708) 상의 원하는 위치(740)를 정밀하게 찾기 위해 제2 이미지를 처리하고 찾은 원하는 위치(740)로부터 마킹(738)의 소정의 오프셋을 결정하도록 구성될 수 있다. 몇몇 예에 있어서, 소정 임계값 내(예컨대, 제1 구역(1000) 내)의 오프셋은 허용가능한 것으로 고려될 수 있는 반면, 오프셋이 소정 임계값(예컨대, 제2 또는 제3 구역(1002, 1004) 내) 보다 커 큰 경우 컴퓨터 시스템(730)은 오퍼레이터에게 시각적 및/또는 청각적 에러 통보를 발생시킬 수 있다.
다른 예에 있어서, 제2 카메라(1104)와 유사한 카메라가 적용된 마킹(738)을 검사하는 것 뿐만 아니라 구조물(708)을 배치하기 위해 이용될 수 있다. 도 12는 다른 예시적 구현에 따른 예시적 레이저-마킹 시스템(1200)을 나타낸다. 도 12의 레이저-마킹 시스템(1200)은 도 11의 레이저-마킹 시스템(1100)과 유사하지만, 조정가능 시야(1204)에 따라 단일 카메라(1202)를 포함한다. 본 예에 있어서, 컴퓨터 시스템(730)은 하나 이상의 타킷이 위치될 수 있는 하나 이상의 영역에 대해 카메라의 시야(1204)를 조종하기 위해 스티어링 어셈블리(710)를 지시할 수 있다. 상기와 유사하게, 적절한 타킷의 예는 구조물(708)의 코너(1112), 엣지(1114) 또는 다른 특징을 포함한다. 컴퓨터 시스템은, 상기 설명된 것과 유사한 방식이지만 제1 이미지를 갖는 것과 같은, 컴퓨터 시스템이 구조물(708)을 배치할 수 있는, 각 영역에서 구조물(708)의 이미지를 캡쳐하도록 카메라(1202)를 지시할 수 있다. 마킹(738)이 구조물에 적용되는 동안 또는 후에 동일한 카메라(1202)가 이용될 수 있다.
몇몇 예에 있어서, 레이저-마킹 시스템(700, 1100, 1200)은, 그 적용 전에 마킹(738)의 배치의 시각적 검사를 용이하게 할 수 있는, 마킹(738)의 적용 전에 구조물(708) 상의 위치(740)에 잠정적 레이저 이미지를 더욱 투사할 수 있다. 도 13은 레이저-마킹 시스템(700, 1100, 1200)의 소정의 상기한 구현에 대응할 수 있는 예시적 레이저-마킹 시스템(1300)을 나타내지만, 적절한 카메라(들)(1102, 1104, 1202) 또는 광학 필터(1110)가 없이 도시된다. 도시된 바와 같이, 레이저-마킹 시스템(1300)은 레이저 빔(704)을 따라 (광학 필터(1110)와 동일하거나 다른) 광학 필터(1306)로 향한 레이저 이미지(1304)를 투사하도록 구성된 제2 레이저 소스(1302)를 포함할 수 있다. 광학 필터(1306)는 레이저 빔(704)이 지나가고, 레이저 이미지(1304)를 반사하도록 구성될 수 있다. 레이저 이미지(1304)는 레이저 빔(704)과 유사한 방식으로 스티어링 어셈블리(710)를 조정하는 것에 의해 조정가능할 수 있다. 즉, 레이저 이미지(1304)는, 인벨롭(724)과 일치될 수 있는, 인벨롭(1306) 내의 다중 방향으로 스티어링 어셈블리(710)에 의해 조종될 수 있다. 본 예에 있어서, 레이저 이미지(1304)는 레이저 빔(704) 전에 위치(740)에 대해 조종될 수 있고, 그에 의해 마킹(738)이 적용되기 전에 위치(740)의 시각적 위치를 제공할 수 있다.
몇몇 예에 있어서, 레이저-마킹 시스템(700, 1100, 1200, 1300)은, 구조물(708) 및/또는 마킹(738)의 배치를 더욱 용이하게 할 수 있는, 레이저 트래커(laser trackers), 거리 센서(range sensors), 진동 센서(vibration sensors) 등과 같은, 하나 이상의 계측 시스템을 더 포함할 수 있다. 도 14는 레이저-마킹 시스템(700, 1100, 1200, 1300)의 상기 구현의 어느 것에 대응할 수 있는 예시적 레이저-마킹 시스템(1400)을 나타내지만, 적절한 카메라(들)(1102, 1104, 1202), 광학 필터(1110) 또는 레이저 소스(1302) 없이 도시되었다. 도시된 바와 같이, 레이저-마킹 시스템(1400)은 알려진 위치에서 구조물(708) 상 또는 그에 가까운 (마킹(738)과 구별되는) 재귀-반사 타킷(retro-reflective targets; 1406) 상으로 하나 이상의 조정가능 레이저 빔(1404)을 투사하도록 구성된 하나 이상의 레이저 트래커(1402)를 포함할 수 있다. 타킷(1406)은, 반사된 빔(들)을 측정하고 컴퓨터 시스템(928)으로 측정치를 제공할 수 있는, 레이저 트래커(들)(1402)로 빔(들)을 되돌려 반사시킬 수 있다. 컴퓨터 시스템(928)은 구조물(708)의 배치를 결정하기 위해 레이저 트래커(들)(1402)로부터의 측정치를 처리할 수 있다. 레이저 트래커(들)(1402)는 구조물(708)의 정확한 배치가 결정될 수 있는 매우 정확한 측정치를 제공할 수 있다. 큰 및/또는 불규칙한 구조물(708) 상과 같이 고도로 정확한 마킹이 바람직한 곳에서는 레이저 트래커(들)(1402)를 포함하는 예가 특히 유용할 수 있다.
도 15는 레이저-마킹 시스템(700, 1100, 1200, 1300, 1400)의 상기한 구현의 어느 것에 대응할 수 있는 예시적 레이저-마킹 시스템(1500)을 나타내지만, 적절한 카메라(들)(1102, 1104, 1202), 광학 필터(1110) 또는 레이저 소스(1302) 또는 레이저 트래커(1402) 없이 도시되었다. 도시된 바와 같이, 레이저-마킹 시스템(1500)은 레이저-마킹 시스템(1500)과 구조물(708) 사이, 특히 거리 센서(들)와 구조물(708) 사이에서 거리 측정치을 제공하도록 구성된 하나 이상의 거리 센서(1502)를 포함할 수 있다. 적절한 거리 센서의 예는 레이저 거리측정기(laser rangefinders), LiDAR(Light Detection and Ranging) 센서, 소나 센서(sonar sensors), 카메라 또는 다른 시각 센서(visual sensors) 등을 포함한다. 똑바르고 평탄한 구조물에 대해, 거리 센서(들)(1502)는 초기 레이저 초점 포인트(initial laser focus point) 또는 레이저 소스(702)의 동작을 위한 초점 거리(focal length)를 계산하는데 유용할 수 있다. 레이저-마킹 시스템(1500)이 비평탄 구조물(708) 상의 다양한 포인트에서 마킹(738)을 적용함에 따라 거리 센서(들)(1502)는 초점 거리를 동적으로 조정하는데 또한 유용할 수 있다.
도 16은 레이저-마킹 시스템(700, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500)의 상기한 구현의 어느 것에 대응할 수 있는 예시적 레이저-마킹 시스템(1600)을 나타내지만, 적절한 카메라(들)(1102, 1104, 1202), 광학 필터(1110) 또는 레이저 소스(1302), 레이저 트래커(1402) 또는 거리 센서(1502) 없이 도시되었다. 도시된 바와 같이, 레이저-마킹 시스템(1600)은 구조물(708)의 진동의 측정치를 제공하도록 구성된 하나 이상의 진동 센서(1602)를 포함할 수 있고, 또는 레이저-마킹 시스템(1600)은 그 위에 배치된 진동 센서(들)(1602)를 포함한다. 적절한 진동 센서의 예는 진동계(vibrometers), LDVs(laser Doppler vibrometers) 등의 다수의 여러 형태 중 어느 것을 포함한다. 진동 센서(들)(1602)는, 마킹(738)의 적절한 적용을 용이하게 할 수 있는, 구조물(708) 및/또는 레이저-마킹 시스템(1600)의 소정의 진동 운동(vibrational movement)에 대해 보상하는데 유용할 수 있다.
본 발명의 예시적 구현에 따르면, 구조물-마킹 시스템(102) 및 공작 장비(104)를 포함하는 시스템(100)은 다양한 수단에 의해 구현될 수 있다. 유사하게, 그들의 각각의 구성요소의 각각을 포함하는 레이저-마킹 시스템(700, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600) 및 공작 장비(900)의 예는 예시적 구현에 따라 다양한 수단에 의해 구현될 수 있다. 시스템(100, 700, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600) 및 공작 장비(900)를 구현하기 위한 수단과 그들 각각의 구성요소는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램 코드 명령의 단독 또는 지시 하에서의 하드웨어, 프로그램 명령 또는 컴퓨터-판독가능 저장 매체로부터의 실행가능 컴퓨터-판독가능 프로그램 코드 명령을 포함할 수 있다.
하나의 예에 있어서, 예시적 레이저-마킹 시스템(700, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600) 중 어느 것의 콘트롤러(726, 728, 736), 컴퓨터 시스템(730) 및/또는 엔지니어 스테이션(742) 중 하나 이상으로서 기능하거나 그렇지 않으면 구현하도록 구성된 하나 이상의 장치가 제공될 수 있다. 유사하게, 공작 장비(900)의 콘트롤러(926), 컴퓨터 시스템(928) 및/또는 엔지니어 스테이션(934) 중 하나 이상으로서 기능하거나 그렇지 않으면 구현하도록 구성된 하나 이상의 장치가 제공될 수 있다. 하나 이상의 장치를 포함하는 예에 있어서, 각각의 장치들은, 직접적으로 또는 간접적으로 유선 또는 무선을 매개로, 다수의 다른 방식으로 서로 연결되거나 그렇지 않으면 통신될 수 있다.
예시적 레이저-마킹 시스템(700, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600) 중 어느 것의 상기한 구성요소 중 하나 이상 및/또는 예시적 공작 장비(900)의 상기한 구성요소 중 하나 이상으로 기능하거나 그렇지 않으면 구현하도록 구성될 수 있는 예시적 장치(1700)를 나타내는 도 17을 참조한다. 일반적으로, 본 발명의 예시적 구현의 장치(1700)는 하나 이상의 고정된 또는 휴대가능 전자 장치를 구비하고, 포함하거나 그로 구체화될 수 있다. 장치(1700)는, 예컨대 메모리(1704)에 연결된 프로세서(1702)와 같은, 다수의 구성요소의 각각의 하나 이상을 포함할 수 있다.
프로세서(1702)는, 예컨대 데이터, 컴퓨터-판독가능 프로그램 코드, 명령 등(일반적으로, "컴퓨터 프로그램", 예컨대, 소프트웨어, 펌웨어 등)과 같은 정보, 및/또는 다른 적절한 전자적 정보를 처리할 수 있는 소정 개의 컴퓨터 하드웨어이다. 프로세서는 몇몇이 집적 회로 또는 다중 상호연결된 집적 회로(집적 회로는 때때로 "칩(chip)"으로서 통상적으로 언급됨)로서 패키지될 수 전자 회로의 집합으로 구성된다. 프로세서(1702)는 프로세서(1702)에 탑재되어 저장되거나 그렇지 않으면 (동일하거나 다른 장치(1700)의) 메모리(1704)에 저장될 수 있는 컴퓨터 프로그램을 실행하도록 구성될 수 있다.
프로세서(1702)는, 특정 구현에 따라, 다수의 프로세서, 다중-프로세서 코어 또는 몇몇 다른 형태의 프로세서일 수 있다. 더욱이, 프로세서(1702)는 메인 프로세서가 단일 칩 상의 하나 이상의 2차 프로세서와 함께 존재하는 다수의 이종 프로세서 장치(heterogeneous processor apparatuses)를 이용해서 구현될 수 있다. 다른 실례로 되는 예로서, 프로세서(1702)는 동일한 형태의 다중 프로세서를 포함하는 대칭형(symmetric) 다중-프로세서 장치일 수 있다. 또 다른 예에 있어서, 프로세서(1702)는 하나 이상의 ASICs(application-specific integrated circuits), FPGAs(field-programmable gate arrays) 등으로서 구체화되거나 그렇지 않으면 포함할 수 있다. 따라서, 프로세서(1702)가 하나 이상의 기능을 수행하도록 컴퓨터 프로그램을 실행할 수 있음에도 불구하고, 다양한 예의 프로세서(1702)는 컴퓨터 프로그램의 도움 없이 하나 이상의 기능을 수행할 수도 있다.
메모리(1704)는 예컨대 데이터, 컴퓨터 프로그램 및/또는 일시적 기반 및/또는 영구적 기반 상의 다른 적절한 정보와 같은 정보를 저장할 수 있는 일반적으로 소정 개의 컴퓨터 하드웨어이다. 하나의 예에 있어서, 메모리(1704)는 하나 이상의 데이터베이스에 다양한 정보를 저장하도록 구성될 수 있다. 메모리(1704)는 휘발성 및/또는 비-휘발성 메모리를 포함할 수 있고, 고정되거나 제거가능할 수 있다. 적절한 메모리(1704)의 예는 RAM(random access memory), ROM(read-only memory), 하드 드라이브, 플래시 메모리, 덤 드라이브(thumb drive), 제거가능 컴퓨터 디스켓, 광학 디스크, 자기 테이프 또는 상기의 몇몇 조합을 포함한다. 광학 디스크는 CD-ROM(compact disk-read only memory), CD-R/W(compact disk-read/write), DVD 등을 포함할 수 있다. 다양한 예에 있어서, 메모리(1704)는, 정보를 저장할 수 있는 비-일시적 장치로서, 하나의 위치에서 다른 위치로 정보를 반송할 수 있는 전자적 일시적 신호(electronic transitory signals)와 같은 컴퓨터-판독가능 전송 매체와 구별될 수 있는, 컴퓨터-판독가능 저장 매체로서 언급될 수 있다. 여기서 설명된 바와 같은 컴퓨터-판독가능 매체는 일반적으로 컴퓨터-판독가능 저장 매체 또는 컴퓨터-판독가능 전송 매체로 언급될 수 있다.
메모리(1704)에 부가하여, 프로세서(1702)는 또한 정보를 디스플레이, 전송 및/또는 수신하기 위한 하나 이상의 인터페이스에 연결될 필요는 없다. 인터페이스는 하나 이상의 통신 인터페이스(1706) 및/또는 하나 이상의 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다. 통신 인터페이스(1706)는, 다른 장치(들), 네트워크(들) 등에 대해, 정보를 전송 및/또는 수신하도록 구성될 수 있다. 통신 인터페이스(1706)는 물리적(유선) 및/또는 무선 통신 링크에 의해 정보를 전송 및/또는 수신하도록 구성될 수 있다. 적절한 통신 인터페이스의 예는 NIC(network interface controller), WNIC(wireless NIC) 등을 포함한다.
사용자 인터페이스는 디스플레이(1708) 및/또는 하나 이상의 사용자 입력 인터페이스(1710)를 포함할 수 있다. 디스플레이(1708)는 사용자에게 정보를 제공하거나 그렇지 않으면 디스플레이하도록 구성될 수 있고, 그 적절한 예는 LCD(liquid crystal display), LED(light-emitting diode display), PDP(plasma display panel) 등을 포함한다. 사용자 입력 인터페이스(1710)는 유선 또는 무선에 의한 것일 수 있고, 처리, 저장, 및/또는 디스플레이하기 위해, 사용자로부터 장치(1700)로 정보를 수신하도록 구성될 수 있다. 사용자 입력 인터페이스(1710)의 적절한 예는 마이크로폰, 이미지 또는 비디오 캡처 장치, 키보드 또는 키패드, 조이스틱, (터치 스크린으로부터 분리되거나 통합되는) 터치-감응형 표면, 생체 인식 센서(biometric sensor) 등을 포함한다. 사용자 인터페이스는 프린터, 스캐너 등과 같은 주변장치와 통신하기 위한 하나 이상의 인터페이스를 더 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이, 프로그램 코드 명령은, 시스템, 장치 및 여기서 설명된 그들 각각의 엘리먼트의 기능을 구현하도록, 메모리에 저장되고, 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 이해하게 되는 바와 같이, 소정의 적절한 프로그램 코드 명령은 특정 머신을 생산하기 위해 컴퓨터-판독가능 저장 매체로부터 컴퓨터 또는 다른 프로그래머블 장치 상으로 로드될 수 있어, 특정 머신이 여기서 특정된 기능을 구현하기 위한 수단으로 된다. 이들 프로그램 코드 명령은 특정 방식으로 기능하여 특정 머신 또는 제조의 특정 물품을 발생시키기 위해 컴퓨터, 프로세서 또는 다른 프로그래머블 장치를 지시할 수 있는 컴퓨터-판독가능 저장 매체에 또한 저장될 수 있다. 컴퓨터-판독가능 저장 매체에 저장된 명령은 제조의 물품을 발생시킬 수 있고, 제조의 물품은 여기서 설명된 기능을 구현하기 위한 수단으로 될 수 있다. 프로그램 코드 명령은 컴퓨터, 프로세서 또는 다른 프로그래머블 장치를 구성하고 컴퓨터, 프로세서 또는 다른 프로그래머블 장치 상에서 또는 그에 의해 수행되는 동작을 실행하기 위해 컴퓨터-판독가능 저장 매체로부터 검색되고 컴퓨터, 프로세서 또는 다른 프로그래머블 장치로 로드될 수 있다.
프로그램 코드 명령의 검색, 로딩 및 실행은 순차적으로 수행될 수 있어 하나의 명령이 한 번에 검색, 로딩 및 실행된다. 몇몇 예시적 구현에 있어서, 검색, 로딩 및 실행은 병행하여 수행될 수 있어 다중 명령이 함께 검색, 로딩 및/또는 실행된다. 프로그램 코드 명령의 실행은 컴퓨터-구현 프로세스를 발생시킬 수 있어 컴퓨터, 프로세서 또는 다른 프로그래머블 장치에 의해 실행된 명령은 여기서 설명된 기능을 구현하기 위한 동작을 제공한다.
프로세서에 의한 명령의 실행, 또는 컴퓨터-판독가능 저장 매체에 명령의 저장은 특정기능을 수행하기 위한 동작의 조합을 지지한다. 하나 이상의 기능, 및 기능들의 조합은 특수 목적 하드웨어-기반 컴퓨터 시스템 및/또는 특정 기능들, 또는 특수 목적 하드웨어 및 프로그램 코드 명령들의 조합을 수행하는 프로세서에 의해 구현될 수 있음이 또한 이해되게 된다.
도 18은 본 발명의 예시적 구현에 따른 방법(1800)의 다양한 단계를 나타낸다. 방법(1800)은, 블록(1802)에 도시된 바와 같이, 구조물(708) 상에 또는 가까이에 하나 이상의 타킷(1112, 1114)을 포함하는, 공작되어지는 구조물(708)의 적어도 일부의 이미지를 캡쳐하는 것을 포함할 수 있다. 또는 다른 예에 있어서, 방법은 구조물의 3D 모델이 발생될 수 있는 구조물의 표면 상의 포인트를 측정하는 것을 포함할 수 있다. 방법(1800)은, 블록(1804)에 도시된 바와 같이, 구조물(708)의 배치를 결정하기 위해 이미지 또는 3D 모델을 처리하는 것과, 구조물의 배치를 기초로 영구 마킹(738)을 적용하기 위한 알려진 위치(740)를 찾는 것을 또한 포함할 수 있다. 하나의 예에 있어서, 방법(1800)은, 블록(1806)에 도시된 바와 같이, 위치(740)에서 구조물(708) 상에 레이저 이미지(1304)를 투사하는 것을 포함할 수 있다.
방법(1800)은, 블록(1808)에 도시된 바와 같이, 마킹(738)을 적용하기 위해 구조물(708) 상의 알려진 위치(740)에 대해 레이저 빔(704)을 조정하도록 스티어링 어셈블리(710)의 동작을 지시하는 것을 포함할 수 있다. 각각의 위치(740)는 구조물(708)을 공작하기 위한 공작 위치(746)와 알려진 관계를 가질 수 있다. 방법(1800)은, 블록(1810)에 도시된 바와 같이, 구조물(708) 상으로 레이저 빔(704)을 방사하기 위해 레이저 소스(702)의 동작을 지시하는 것을 포함할 수 있다. 레이저 빔(704)은 구조물(708)에 영구적 마킹(738)을 적용하기 위해 하나 이상의 제어가능 파라미터로 방사될 수 있다.
하나의 예에 있어서, 스티어링 어셈블리(710)의 동작을 지시하는 것은 레이저 빔(704)을 반사하도록 구성된 미러(716, 178)에 결합된 갈바노미터(712, 714)를 제어가능하게 회전시키는 것을 포함할 수 있어, 갈바노미터(712, 714)와 미러(716, 178)는 특정 방향(예컨대, x, y)으로 레이저 빔(704)을 조정하도록 제어가능하게 회전된다. 이러한 예에 있어서, 갈바노미터(712, 714)의 각 위치(angular position)는 갈바노미터(712, 714)에 결합된 광학 회전 인코더(optical rotary encoder; 732, 734)에 의해 측정될 수 있다. 그리고 구조물(708) 상의 레이저 빔(704)의 위치는 측정치를 기초로 결정될 수 있고, 레이저 빔(704)은 결정된 위치를 기초로 알려진 위치(740)에 대해 조정될 수 있다.
하나의 예에 있어서, 알려진 위치(740)는 원하는 위치이고, 적어도 하나의 예에 있어서 마킹(738)은 원하는 위치(740)로부터 옵프셋된다. 이러한 예에 있어서, 방법(1800)은, 블록(1812)에 도시된 바와 같이, 위치(740)와 마킹(738)을 포함하는 구조물(708)의 적어도 일부분의 이미지를 캡쳐하는 것을 더 포함할 수 있다. 이미지는, 블록(1814)에 도시된 바와 같이, 원하는 위치(740)를 찾도록 처리될 수 있고, 찾은 원하는 위치(740)로부터 마킹(738)의 오프셋이 결정될 수 있다. 이는 구조물(708)에 적용된 마킹(738)의 검사를 가능하게 할 수 있다.
다른 예에 있어서, 이미지는 스티어링 어셈블리(710)에 의해 조정가능한 시야(1204)를 갖춘 카메라(1202)에 의해 캡쳐될 수 있다. 본 예에 있어서, 방법(1800)은 구조물(708) 상에 또는 가까이에 하나 이상의 타킷(1112)이 위치하는 하나 이상의 영역에 대해 시야(1204)를 조정하도록 스티어링 어셈블리(710)의 동작을 지시하는 것을 더 포함할 수 있다. 또한 본 예에 있어서, 방법(1800)은 타킷(1112, 1114)을 포함하는 구조물(708)의 적어도 일부의, 하나 이상의 영역의, 하나 이상의 이미지에 대해 캡쳐하는 것을 포함할 수 있다. 이미지(들)는 이어 구조물(708)의 배치를 결정하기 위해 처리될 수 있고, 마킹(738)이 적용되는 알려진 위치(740)는 구조물의 배치를 기초로 위치될 수 있다.
이러한 프로세스는, 블록(1816)에 도시된 바와 같이, 이어 소정의 다른 원하는 위치(740)에서 마킹(738)을 적용하도록 반복될 수 있다.
도 19는 본 발명의 다른 예시적 구현에 따른 방법(1900)의 다양한 단계를 나타낸다. 방법(1900)은, 블록(1902)에 도시된 바와 같이, 그 위에 공작 위치(912)와의 알려진 관계로 알려진 위치(916)에서 그에 적용된 마킹(914)을 갖춘 구조물(910)의 배치를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 방법(1900)은, 블록(1904)에 도시된 바와 같이, 구조물의 배치에 따라 공작 위치(912)와 적어도 부분 정렬로 도구(908)를 위치결정하는 것을 포함할 수 있다. 그러나, 적어도 하나의 예에 있어서, 도구(908)는 공작 위치(912)로부터 오프셋되는 다른 위치(940)와 정렬될 수 있다. 방법(1900)은, 블록(1906)에 도시된 바와 같이, 마킹(914)을 포함하고, 도구(908)가 정렬되는 다른 위치(940)를 더 포함하는, 구조물(910)의 적어도 일부분의 이미지를 캡쳐하는 것을 또한 포함할 수 있다.
하나의 예에 있어서, 이미지는 제2 카메라(920)에 의해 캡쳐된 제2 이미지이다. 본 예에 있어서, 구조물의 배치를 결정하는 것은, 구조물(910) 상 또는 가까이에 하나 이상의 타킷(930, 932)을 포함하는 구조물(910)의 적어도 일부분의 제1 이미지를, 제1 카메라(918)에 의해 캡쳐하는 것을 포함할 수 있다. 그에 의해 제1 이미지는 이어 구조물의 배치를 결정하도록 처리될 수 있다.
하나의 예에 있어서, 이동가능 엔드 이펙터 어셈블리(904)는 엔드 이펙터(906)와 도구(908)를 포함할 수 있고, 이미지는 엔드 이펙터 어셈블리(904)에 고정된 카메라(920)에 의해 캡쳐될 수 있다. 본 예에 있어서, 도구(908)를 위치결정하는 것은 엔드 이펙터 어셈블리(904)를 그리고 그에 의해 도구(908)를 위치결정하는 것을 포함할 수 있고, 그에 의해 카메라(920)가 또한 위치되어 카메라(920)의 시야(924)가 마킹(914)을 에워싼다.
방법(1900)은, 블록(1908)에 도시된 바와 같이, 공작 위치(912)를 찾기 위해 (제2) 이미지를 처리하는 것을 더 포함할 수 있다. 방법은 이어 때때로 다른 위치(940)로부터 그리고 찾은 공작 위치(912)와 더욱 잘 정렬되도록 도구(908)를 재위치결정하는 것과, 찾은 공작 위치(912)에서 구조물(910)을 공작하도록 재위치된 도구(908)를 제어하는 것을 포함할 수 있다. 이미지가 카메라(920)에 의해 캡쳐되는 하나의 예에 있어서, 그 사야(924)는 도구(908)가 정렬되는 다른 위치(940)에 대하여 증가된 크기의 다수의 동심 구역으로 분할될 수 있다. 구역은 허용가능 오프셋을 정의하는 제1 구역(1000)과, 허용불가능 오프셋을 정의하는 제1 구역(1000) 바깥측에 위치된 더 큰 제2 구역(1002)을 포함할 수 있다. 이어, 도구(908)를 재위치결정하는 것과 구조물(910)을 공작하도록 재위치된 도구(908)를 제어하는 것은, 블록(1910, 1912)에 도시된 바와 같이, 찾은 공작 위치가 제2 구역 내에 있는 경우에 구조물(910)을 공작하도록 도구(908)를 제어하기 전에 도구(908)를 재위치결정하는 것을 포함할 수 있다. 또는, 블록(1912)에서와 같이, 찾은 공작 위치(912)가 제1 구역(1000) 내에 있는 경우 재위치결정하는 것 없이 구조물(910)을 공작하도록 도구(908)를 제어한다.
이 프로세스는 이어, 블록(1914)에 도시된 바와 같이, 동일하거나 다른 마킹(914)을 포함하는 동일하거나 다른 이미지를 이용해서, 구조물(910) 상의 다른 공작 위치(912)를 공작하도록 반복될 수 있다.
본 발명의 구현은 다양한 잠재적인 적용, 특히 예컨대 항공 우주(aerospace), 해양(marine), 및 자동차 적용을 포함하는, 운송 산업에서 이용을 찾을 수 있다. 따라서, 도 20 및 도 21을 참조하면, 예시적 구현이 도 20에 도시된 바와 같은 항공기 제조 및 서비스 방법(2000), 및 도 21에 도시된 바와 같은 항공기(2100)의 상황에서 이용될 수 있다. 생산-개시 이전 동안, 예시적 방법은 항공기(2100)의 명세 및 설계(2002), 제조 시퀀스 및 처리 계획(2004), 및 자재 조달(2006)을 포함할 수 있다. 개시된 방법은, 예컨대, 자재 조달(2006) 동안, 사용을 위해 특정화될 수 있다.
항공기(2100)의 제조 동안, 구성요소 및 서브어셈블리 제조(2008)와 시스템 통합(2010)이 발생된다. 개시된 시스템 및 방법은 구성요소 및 서브어셈블리 제조(2008)와 시스템 통합(2010)의 어느 한쪽 또는 양쪽을 항공기(2100)의 구조물을 마크하기 위해 및/또는 마크된 구조물을 공작하기 위해 이용될 수 있다. 그 후, 항공기(2100)는 서비스(2014)에 배치되도록 하기 위해 인증 및 전달(2012)을 거치게 된다. 소비자에 의해 서비스(2014) 중인 동안, 항공기(2100)는 (또한 변경, 재구성, 개장(refurbishment) 등을 포함할 수 있는) 주기적 유지보수 및 서비스(2016)를 위해 예정될 수 있다. 항공기(2100)의 구조는 서비스(2014) 중에 있는 동안, 그리고 하나의 예에서 유지보수 및 서비스(2016) 동안, 개시된 방법에 따라 마크 및/또는 공작될 수 있다.
예시적 방법(2000)의 프로세스의 각각은 시스템 통합자, 제3 자, 및/또는 오퍼레이터(예컨대, 소비자)에 의해 수행 또는 실행될 수 있다. 본 설명의 목적을 위해, 시스템 통합자는, 소정 수의 항공기 제조업자 및 메이저-시스템 하청회사를 포함할 수 있고; 제3 자는 소정 수의 판매자, 하도급업자, 및 공급자를 포함할 수 있으며; 오퍼레이터는 예컨대 항공사, 리스회사, 군사 업체, 서비스 조직 등을 포함할 수 있다.
도 21에 도시된 바와 같이, 예시적 방법(2000)에 의해 생산된 항공기(2100)는 다수의 시스템(2104)을 갖는 기체(2102)와 인테리어(2106)를 포함할 수 있다. 개시된 방법 및 시스템에 따라 마크 및/또는 공작된 구조물은 기체(2102)에 그리고 인테리어 내에서 이용될 수 있다. 상위-레벨 시스템(2104)의 예는 추진 시스템(2108), 전기 시스템(2110), 유압 시스템(2112), 및 환경 시스템(2114) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 소정 수의 다른 시스템(2104)이 포함될 수 있다. 항공 우주 산업의 예가 도시됨에도 불구하고, 본 발명의 원리는, 해양 및 자동차 산업과 같은, 다른 산업에 적용될 수 있다.
여기서 구현된 방법 및 시스템은 항공기 제조 및 서비스 방법(2000)의 스테이지 중 소정의 하나 이상 동안 채용될 수 있다. 예컨대, 제조 프로세스(2008)에 대응하는 구성요소 및 서브어셈블리는 항공기(2100)가 서비스(2014) 중에 있는 동안 개시된 방법에 따라 마크 및/또는 공작될 수 있다. 또한, 시스템 구현, 장치 구현, 방법 구현, 또는 그 조합 중 하나 이상은, 실질적으로 항공기(2100)의 조립을 촉진하거나 비용을 감소시킬 수 있는, 제조 스테이지(2008, 2010) 동안 구조물을 마크하도록 및/또는 마크된 구조물을 공작하도록 이용될 수 있다. 마찬가지로, 시스템 구현, 장치 구현, 방법 구현, 또는 그 조합 중 하나 이상은, 예컨대 항공기(2100)가 서비스(2014) 중에 있는 동안 이용될 수 있다.
여기에 설명된 본 발명의 많은 변형 및 다른 구현은 이들 개시가 상기 설명 및 관련 도면에서 제시된 교시의 이점을 갖는 관련되는 당업자에게 고려되어질 것이다. 따라서, 개시는 개시된 특정 구현으로 제한되는 것은 아니고, 변형 및 다른 구현은 첨부된 청구항의 범위 내에 포함되도록 의도됨을 이해해야 한다. 더욱이, 상기 설명 및 관련 도면이 엘리먼트 및/또는 기능의 소정의 예시적 조합의 상황에서 예시적 구현을 설명함에도 불구하고, 엘리먼트 및/또는 기능의 여러 조합이 첨부된 청구항들의 범위로부터 벗어나는 것 없이 대안적 구현에 의해 제공될 수 있다. 이와 관련하여, 예컨대, 상기 명시적으로 설명된 것 외의 엘리먼트 및/또는 기능의 여러 조합이 또한 첨부된 청구항들의 몇몇에서 설명될 수 있는 것과 같이 고려될 수 있다. 특정 용어가 여기서 채택됨에도 불구하고, 한정의 목적이 아니라 단지 일반적이고 설명적인 의미로 사용된다.

Claims (18)

  1. 하나 이상의 제어가능 파라미터를 갖는 레이저 빔을 방사하도록 구성된 레이저 소스;
    공작되어질 구조물 상으로 레이저 빔을 조종하도록 구성된 스티어링 어셈블리로서, 상기 스티어링 어셈블리는:
    레이저 빔을 반사하도록 구성된 미러에 결합된 갈바노미터로서, 갈바노미터 및 미러가 특정 방향으로 레이저 빔을 조종하도록 제어가능하게 회전가능한, 갈바노미터; 및
    컴퓨터 시스템 및 갈바노미터에 결합되고, 갈바노미터의 각 위치(angular position)를 측정하도록 구성된 투과 광학 회전 인코더;를
    포함하는, 스티어링 어셈블리;
    상기 구조물의 기하학적 배열을 정의하는 정보를 포함하고, 마킹을 적용하기 위한 상기 구조물 상의 알려진 위치 및 상기 구조물을 공작하기 위한 공작 위치를 특정하는 디자인 마스터 파일; 및
    레이저 소스 및 스티어링 어셈블리에 결합되고, 상기 구조물에 대해 영구적 마킹을 적용하도록 하나 이상의 제어가능 파라미터로 레이저 빔을 방사하기 위해 레이저 소스의 동작을 지시하도록 구성된 상기 컴퓨터 시스템;을 구비하여 구성되고,
    상기 컴퓨터 시스템이 또한 상기 디자인 마스터 파일의 콘텐츠에 따라 상기 구조물 상의 상기 알려진 위치로 레이저 빔을 조종하기 위해 스티어링 어셈블리의 동작을 지시하도록 구성되고, 상기 알려진 위치는 적어도 하나의 도구가 상기 구조물을 공작하기 위한 상기 공작 위치와 알려진 관계를 갖고, 상기 컴퓨터 시스템은 측정된 상기 각 위치를 기초로 하여 상기 구조물 상에서 레이저 빔의 위치를 결정하고, 결정된 위치를 기초로 하여 상기 알려진 위치로 레이저 빔을 조종하도록 구성되고,
    상기 컴퓨터 시스템은 상기 하나 이상의 제어가능 파라미터를 제어하여, 레이저 빔이 상기 알려진 위치에서 상기 구조물에 대해 상기 영구적 마킹을 적용하는 것을 야기하도록 구성되고, 상기 영구적 마킹은 상기 공작 위치에서 상기 구조물을 공작하기 위한 상기 적어도 하나의 도구를 배치하는 데에 이용되도록 동작가능하게 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저-마킹 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    컴퓨터 시스템에 결합된 카메라 또는 레이저 스캐너를 더 구비하여 구성되고, 카메라는 구조물 상에 또는 가까이에 하나 이상의 타킷을 포함하는 구조물의 적어도 일부분의 이미지를 캡쳐하도록 구성되고, 레이저 스캐너는 구조물의 3D 모델이 발생가능할 수 있는 구조물의 표면 상의 포인트를 측정하도록 구성되고,
    컴퓨터 시스템은 구조물의 배치를 결정하기 위해 이미지 또는 3D 모델을 처리하고, 배치를 기초로 마킹을 적용하기 위한 상기 알려진 위치를 찾도록 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저-마킹 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 알려진 위치가 원하는 위치이고, 적어도 하나의 예에서 마킹이 원하는 위치로부터 오프셋되고, 레이저-마킹 시스템이:
    컴퓨터 시스템에 결합되고 원하는 위치 및 마킹을 포함하는 구조물의 적어도 일부분의 이미지를 캡쳐하도록 구성된 카메라를 더 구비하여 구성되고,
    컴퓨터 시스템이 원하는 위치를 찾기 위해 이미지를 처리하고, 찾은 원하는 위치로부터 마킹의 오프셋을 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저-마킹 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    카메라는 스티어링 어셈블리에 의해 조종가능한 시야를 갖추고, 컴퓨터 시스템은 구조물 상 또는 가까이의 하나 이상의 타킷이 위치되는 하나 이상의 영역에 대해 시야를 조종하도록 스티어링 어셈블리의 동작을 지시하도록 구성되고,
    하나 이상의 영역에 대해, 카메라가 하나 이상의 타킷을 포함하는 구조물의 적어도 일부분의 하나 이상의 이미지를 캡쳐하도록 구성되며,
    컴퓨터 시스템이 구조물의 배치를 결정하기 위해 하나 이상의 이미지를 처리하고, 배치를 기초로 마킹을 적용하기 위한 상기 알려진 위치를 찾도록 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저-마킹 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    각각의 위치에서 구조물에 대해 영구적 마킹을 적용하기 위해 레이저 빔이 방사되기 전에 위치에서 구조물 상에 레이저 이미지를 투사하도록 구성된 제2 레이저 소스를 더 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저-마킹 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    알려진 위치에서 구조물 상 또는 가까이의 재귀-반사 타킷 상으로 하나 이상의 조종가능 레이저 빔을 투사하고, 구조물의 배치의 결정을 위해 반사된 하나 이상의 빔의 측정치를 타킷으로부터 제공하도록 구성된 레이저 트래커를 더 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저-마킹 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    레이저 소스의 동작, 또는 초점 거리의 동적 조정을 위한 초기 초점 포인트 또는 초점 거리의 계산을 위해 레이저-마킹 시스템과 구조물 사이의 거리 측정치를 제공하도록 구성된 거리 센서를 더 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저-마킹 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    구조물 또는 레이저-마킹 시스템의 진동 운동의 보상을 위해, 구조물, 또는 그 위에 배치된 진동 센서를 포함하는 레이저-마킹 시스템의 진동의 측정치를 제공하도록 구성된 진동 센서를 더 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저-마킹 시스템.
  10. 공작되어질 구조물 상으로 하나 이상의 제어가능 파라미터를 갖는 레이저 빔을 방사하도록 레이저 소스의 동작을 지시하는 단계로서, 레이저 빔이 상기 구조물에 대해 영구적 마킹을 적용하기 위해 하나 이상의 제어가능 파라미터로 방사되는, 단계;
    상기 구조물의 기하학적 배열을 정의하는 정보를 포함하고, 마킹을 적용하기 위한 상기 구조물 상의 알려진 위치 및 상기 구조물을 공작하기 위한 공작 위치를 특정하는 디자인 마스터 파일을 제공하는 단계; 및
    상기 디자인 마스터 파일의 콘텐츠에 따라 상기 구조물 상의 상기 알려진 위치로 레이저 빔을 조종하기 위해 스티어링 어셈블리의 동작을 지시하는 단계로서, 상기 알려진 위치는 적어도 하나의 도구가 상기 구조물을 공작하기 위한 상기 공작 위치와 알려진 관계를 갖고, 상기 스티어링 어셈블리의 동작을 지시하는 단계는:
    레이저 빔을 반사하도록 구성된 미러에 결합된 갈바노미터를 제어가능하게 회전시키는 단계로서, 갈바노미터 및 미러가 특정 방향으로 레이저 빔을 조종하도록 제어가능하게 회전되는, 단계;
    갈바노미터에 결합된 투과 광학 회전 인코더에 의해 갈바노미터의 각 위치를 측정하는 단계; 및
    측정된 상기 각 위치를 기초로 하여 상기 구조물 상에서 레이저 빔의 위치를 결정하고, 결정된 위치를 기초로 하여 상기 알려진 위치로 레이저 빔을 조종하는 단계;를
    포함하는, 단계; 및
    상기 하나 이상의 제어가능 파라미터를 제어하여, 레이저 빔이 상기 알려진 위치에서 상기 구조물에 대해 상기 영구적 마킹을 적용하는 것을 야기하는 단계로서, 상기 영구적 마킹은 상기 공작 위치에서 상기 구조물을 공작하기 위한 상기 적어도 하나의 도구를 배치하는 데에 이용되도록 동작가능하게 구성되는, 단계;를 갖추어 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 삭제
  12. 제10항에 있어서,
    구조물 상에 또는 가까이에 하나 이상의 타킷을 포함하는 구조물의 적어도 일부분의 이미지를 캡쳐하고, 또는 구조물의 3D 모델이 발생가능할 수 있는 구조물의 표면 상의 포인트를 측정하는 단계와;
    구조물의 배치를 결정하기 위해 이미지 또는 3D 모델을 처리하고, 배치를 기초로 마킹을 적용하기 위한 상기 알려진 위치를 찾는 단계;를 더 갖추어 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 알려진 위치가 원하는 위치이고, 적어도 하나의 예에서 마킹이 원하는 위치로부터 오프셋되고, 방법이:
    원하는 위치 및 마킹을 포함하는 구조물의 적어도 일부분의 이미지를 캡쳐하는 단계와;
    원하는 위치를 찾기 위해 이미지를 처리하고, 찾은 원하는 위치로부터 마킹의 오프셋을 결정하는 단계;를 더 갖추어 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    이미지가 스티어링 어셈블리에 의해 조종가능한 시야를 갖춘 카메라에 의해 캡쳐되고, 방법이:
    구조물 상 또는 가까이의 하나 이상의 타킷이 위치되는 하나 이상의 영역에 대해 시야를 조종하도록 스티어링 어셈블리의 동작을 지시하는 단계와;
    하나 이상의 영역에 대해, 하나 이상의 타킷을 포함하는 구조물의 적어도 일부분의 하나 이상의 이미지를 캡쳐하는 단계; 및
    구조물의 배치를 결정하기 위해 하나 이상의 이미지를 처리하고, 배치를 기초로 마킹을 적용하기 위한 상기 알려진 위치를 찾는 단계:를 더 갖추어 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    각각의 위치에서 구조물에 대해 영구적 마킹을 적용하기 위해 레이저 빔이 방사되기 전에 위치에서 구조물 상에 레이저 이미지를 투사하는 단계를 더 갖추어 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제10항에 있어서,
    알려진 위치에서 구조물 상 또는 가까이의 재귀-반사 타킷 상으로 하나 이상의 조종가능 레이저 빔을 투사하고, 구조물의 배치의 결정을 위해 반사된 하나 이상의 빔의 측정치를 타킷으로부터 제공하는 단계를 더 갖추어 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제10항에 있어서,
    레이저 소스 및 스티어링 어셈블리가 레이저-마킹 시스템의 구성요소이고, 방법이:
    레이저 소스의 동작, 또는 초점 거리의 동적 조정을 위한 초기 초점 포인트 또는 초점 거리의 계산을 위해 레이저-마킹 시스템과 구조물 사이의 거리 측정치를 제공하는 단계를 더 갖추어 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제10항에 있어서,
    레이저 소스 및 스티어링 어셈블리가 레이저-마킹 시스템의 구성요소이고, 방법이:
    진동 센서에 의해, 구조물 또는 레이저-마킹 시스템의 진동 운동의 보상을 위해, 구조물, 또는 그 위에 배치된 진동 센서를 포함하는 레이저-마킹 시스템의 진동의 측정치를 제공하는 단계를 더 갖추어 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
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