KR102635801B1 - 서브 시스템을 포함하는 여과 튜브를 형성하기 위한 생산 시스템 및 그 사용 방법 - Google Patents

서브 시스템을 포함하는 여과 튜브를 형성하기 위한 생산 시스템 및 그 사용 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 생산 시스템 및 이를 사용하여 여과 튜브를 형성하는 방법을 제공한다. 상기 시스템은 서브 시스템 사이에서 튜브를 이동시키는 6-축 로봇 암을 포함한다. 암은 미처리 튜브를 입출력 서브 시스템으로부터 검사 시스템, 레이저 절삭 시스템 및 선택적인 후처리 시스템으로 이동시킨다. 검사에는 이상, 결함 및/또는 품질 문제를 결정하기 위해 튜브의 표면을 스캔하는 레이저 및/또는 카메라가 포함될 수 있다. 레이저 절삭 시스템은 검사를 통과한 튜브의 벽에 그리고 벽을 관통하여 기공, 홀 또는 슬롯을 절삭하여 유체로부터 고체를 여과하는 데 사용되는 여과 튜브를 형성한다. 후처리 시스템은 절삭 후 튜브를 후처리 및/또는 세정할 수 있다. 튜브가 검사에 실패하면 튜브는 거부 통 또는 트레이로 이동된다. 암은 완성된 여과 튜브를 완성 튜브 통 또는 트레이로 이동시킨다.

Description

서브 시스템을 포함하는 여과 튜브를 형성하기 위한 생산 시스템 및 그 사용 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2018년 9월 28일에 출원된 미국 가출원 제62/738,919호의 이익을 청구하며, 해당 출원의 전체 내용이 본 명세서에 참조로서 명시적으로 인용된다.
본 개시는 개괄적으로, 여과 튜브를 처리 및 형성하기 위한 생산 시스템에 관한 것이다.
여과는 일반적으로, 오일 및 가스 처리에서부터 심지어 식품 가공 산업에 이르기까지 다양한 산업에서 유체(기체 또는 액체)로부터 고체를 분리하는 데 사용되는 중요한 방법이다. 여과에 의존하는 대부분의 산업 공정에서는, 여과 매체의 교체가 매우 빈번히 이루어져, 상당한 비용 증가 및 사용된 여과 매체의 고형 폐기물의 처리 또는 회수 문제로 이어진다.
현재 산업용으로 이용 가능한 여과 매체는 다양하다. 여과 튜브를 이용하여 형성된 여과 요소 및 조립체가 다수의 산업 분야에서 액체로부터 고체를 여과하기 위해 성공적으로 사용되어 왔다.
튜브 자체와 그 기공에 결함이 없도록 여과 튜브를 형성하는 것이 여과 공정의 정확성에 매우 중요하다.
또한, 일관성 있는 제품의 생산을 확인해 줄뿐만 아니라 고객을 만족시키기 위해서는 이러한 튜브를 검사하는 것이 필요하다.
본 개시의 일 양태는 여과 튜브를 형성하기 위해 튜브를 처리 및 검사하기 위한 생산 시스템을 제공하는 것이다. 이 시스템은 복수의 서브 시스템 사이에서 튜브를 이동시키도록 구성된 6-축 로봇 암을 포함한다. 서브 시스템은 복수의 튜브를 유지하도록 구성된 튜브 입출력 서브 시스템, 검사 시스템, 및 레이저 절삭 시스템을 포함할 수 있다. 로봇 암은 튜브 입출력 서브 시스템으로부터 처리용 튜브를 인출하도록 구성된다. 검사 시스템은 로봇 암에 의해 내부에 배치된 튜브를 수용하여 검사하도록 구성된다. 검사 시스템은 이상, 결함 및/또는 품질 문제 여부를 결정하기 위해 튜브의 표면을 스캔함으로써 튜브를 검사하도록 구성된다. 레이저 절삭 시스템은 상기 튜브를 레이저 절삭 시스템으로 이동시키는 로봇 암을 통해 튜브를 수용하도록 구성된다. 레이저 절삭 시스템은 튜브의 벽 내에 그리고 벽을 관통하여 복수의 슬롯, 홀 및/또는 기공을 절삭하여 유체로부터 고체를 여과하도록 구성되는 여과 튜브를 형성하도록 구성된다.
일부 경우에, 로봇 암은 튜브를 레이저 절삭 시스템으로부터 후처리 시스템, 예를 들어, 레이저 절삭 시스템에 의해 절삭된 튜브를 세정하기 위한 세정 시스템으로 이동시키도록 구성된다. 일 실시예에서, 검사 시스템은 처리전 검사 시스템 및 처리후 검사 시스템을 포함한다. 로봇 암은 검사에 따라 튜브를 트레이로 이동시키도록 추가로 구성될 수 있다. 예를 들어, 검사를 통과하여 여과 튜브를 형성하는 튜브는 튜브 입출력 서브 시스템의 일 트레이로 보내지는 반면, 실패한 튜브는 다른 트레이로 보내진다.
다른 양태는 복수의 서브 시스템 사이에서 튜브를 이동시키도록 구성된 6-축 로봇 암을 포함하는 생산 시스템을 사용하여 여과 튜브를 처리 및 검사하기 위한 방법을 제공하며, 서브 시스템은 복수의 튜브를 유지하도록 구성된 튜브 입출력 서브 시스템, 검사 시스템, 및 레이저 절삭 시스템을 포함한다. 방법은 로봇 암을 사용하여 튜브 입출력 서브 시스템으로부터 처리용 튜브를 인출하는 단계; 검사를 위해 로봇 암을 사용하여 튜브를 검사 시스템으로 이동시키는 단계; 상기 튜브의 이상, 결함 및/또는 품질 문제 여부를 결정하며 검사를 통과했거나 결함이 있는 각각의 튜브를 결정하기 위해 검사 시스템을 사용하여 튜브의 표면을 스캔함으로써 튜브를 검사하는 단계; 및 로봇 암을 사용하여 검사된 튜브를 레이저 절삭 시스템으로 이동시키거나, 그렇지 않으면 이상 및/또는 결함이 있는 결함 튜브를 로봇 암을 사용하여 튜브 입출력 서브 시스템으로 다시 이동시키는 단계를 포함한다. 각각의 튜브 통과 검사의 경우, 방법은 유체로부터 고체를 여과하도록 구성되는 여과 튜브를 형성하기 위해 레이저 절삭 시스템을 사용하여 각각의 튜브의 벽에 그리고 벽을 관통하여 복수의 슬롯, 홀 및/또는 기공을 절삭하는 단계를 추가로 포함한다.
시스템에 후처리 시스템이 제공되는 일 실시예에서, 방법은 로봇 암을 사용하여 절삭 튜브를 레이저 절삭 시스템으로부터 후처리 시스템으로 이동시키는 단계; 및 후처리 시스템을 사용하여 레이저 절삭 시스템에 의해 절삭된 튜브에 후처리 기술(들)(예를 들어, 세정)을 적용하는 단계를 추가로 포함한다.
방법은 로봇 암을 사용하여 튜브를 레이저 절삭 시스템으로부터 또는 후처리 시스템으로부터 검사 시스템으로 이동시키는 단계; 및 레이저 절삭 시스템에 의해 절삭된 후 튜브의 적어도 품질 및 다공성을 결정하며 검사를 통과한 튜브를 결정하기 위해 튜브의 표면을 스캔함으로써 검사 시스템을 사용하여 튜브를 검사하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시의 다른 특징 및 장점이 다음의 상세한 설명, 첨부 도면 및 첨부된 청구 범위로부터 명백해질 것이다.
도 1a는 일 실시예에 따른, 로봇 암과 내부의 서브 시스템을 구비한, 튜브를 처리 및 검사하여 여과 튜브를 형성하기 위한 생산 시스템의 개략도이다.
도 1b, 도 1c, 도 1d 및 도 1e는 각각, 로봇 암과 내부의 서브 시스템을 포함하는 본 명세서의 실시예에 따른 대안의 생산 시스템의 개략도이다.
도 2a는 도 1a에 개략적으로 도시된 본 명세서의 일 실시예에 따른, 로봇 암과 내부의 서브 시스템을 포함하는, 튜브를 처리 및 검사하여 여과 튜브를 형성하기 위한 생산 시스템의 위에서 본 평면도 또는 부감도이다.
도 2b는 도 2a의 생산 시스템에 제공될 수 있는 서브 시스템의 위에서 본 사시도이다.
도 3은 도 2a 및 도 2b의 각각의 서브 시스템을 통해 각각의 튜브를 이동시키는 예시적인 방법을 나타내는 개략적인 순서도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 도 2a 및 도 2b의 생산 시스템의 튜브 입출력 서브 시스템의 일 각도에서 본 측면도이다.
도 5는 도 4의 튜브 입출력 서브 시스템의 대안의 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 도 2a 및 도 2b의 생산 시스템의 처리전 검사 시스템 및 처리후 검사 시스템을 포함하는 검사 시스템의 등각도이다.
도 7은 도 6의 검사 시스템의 특징을 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도 8은 도 6의 검사 시스템의 특징을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 9는 도 6의 검사 시스템의 일부의 상세도이다.
도 10은 일 실시예에 따른 처리전 검사 및 처리후 검사 시스템에 포함될 수 있는 도 9의 일부의 위에서 일 각도에서 본 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 도 2a 및 도 2b의 생산 시스템의 레이저 절삭 시스템의 등각도이다.
도 12는 도 11의 레이저 절삭 시스템의 일부의 상세도이다.
도 13은 일 실시예에 따른 도 2a 및 도 2b의 생산 시스템의 후처리 시스템의 위에서 일 각도에서 본 도면이다.
도 14는 일 실시예에 따른 도 13의 후처리 시스템의 일부인 예시적인 초음파 수조 및 헹굼 시스템의 일 각도에서 본 도면이다.
도 15는 일 실시예에 따른 도 13의 후처리 시스템의 일부인 건조 시스템의 일 각도에서 본 도면이다.
도 16은 튜브 입출력 서브 시스템에서 본 명세서에 개시된 방법을 시작하는 로봇 암을 보여주는, 도 2a 및 도 2b의 생산 시스템의 위에서 본 사시도이다.
도 17 내지 도 23은 일 실시예에 따른 도 2a 및 도 2b의 생산 시스템의 서브 시스템을 통한 로봇 암 및 튜브의 이동 및 방법의 상이한 단계를 예시한다.
본 명세서에 개시된 생산 시스템(100)은 여과 튜브를 형성하는 데 사용되는 튜브를 처리 및 검사하며 처리전 또는 처리후 검사를 통과하지 않은 임의의 튜브를 폐기하는 데 사용된다. 시스템(100)은 내부에 포함된 다수의 서브 시스템, 시스템 또는 스테이션 사이에서 처리되는 튜브를 이동시키는 로봇 암(102)을 포함한다. 도 1a에 개략적으로 도시된 일 실시예에 따르면, 시스템(100)은, 로봇 암(102)과 함께, 튜브 입출력 서브 시스템(120), 검사 시스템(122)[예를 들어, 처리전 검사 서브 시스템(124) 및 처리후 검사 서브 시스템(126)], 레이저 절삭 시스템 또는 서브 시스템(128)(또는 슬롯 형성 서브 시스템, 또는 홀 절삭 서브 시스템), 및 후처리 서브 시스템(130)(예를 들어, 레이저 절삭 튜브 처리용; 예를 들어, 일 실시예에 따른 건조 스테이션, 헹굼 탱크 및/또는 세정 시스템을 포함)을 포함한다. 다른 실시예에서는, 하나 이상의 레이저 절삭 시스템(128)이 시스템(100)에 포함된다; 즉, 추가의 레이저 절삭 시스템이 포함될 수 있다. 도 1b는 다른 실시예에 따른 로봇 암(102), 튜브 입출력 서브 시스템(120), 검사 시스템(122)[예를 들어, 처리전 검사 서브 시스템(124) 및 처리후 검사 서브 시스템(126)을 포함], 제1 및 제2 레이저 절삭 시스템(128A, 128B) 및 후처리 서브 시스템(130)(예를 들어, 건조 스테이션, 헹굼 탱크 및/또는 초음파 수조를 포함)을 포함하는 시스템(100)의 개략적인 예를 예시한다. 또 다른 실시예에서는, 후처리 서브 시스템이 제공되지 않는다. 예를 들어, 도 1c는 로봇 암(102), 튜브 입출력 서브 시스템(120), 검사 시스템(122) 및 레이저 절삭 시스템(128)을 포함하는 시스템(100)의 또 다른 실시예를 예시한다. 대안으로서, 또 다른 실시예에서, 도 1d는 다른 실시예에 따른 로봇 암(102), 튜브 입출력 서브 시스템(120), 검사 시스템(122)[예를 들어, 처리전 검사 서브 시스템(124) 및 처리후 검사 서브 시스템(126)을 포함], 제1 및 제2 레이저 절삭 시스템(128A, 128B) 및 후처리 서브 시스템(130)(예를 들어, 건조 스테이션, 헹굼 탱크 및/또는 초음파 수조를 포함)을 포함하는 시스템(100)을 보여준다. 도 1a 내지 도 1d에 나타내어진 각각의 시스템(100)은 내부에 사용될 수 있는 장치 및 서브 시스템의 예이다(상세한 설명은 아래에 제공된다). 또 다른 실시예에서, 도 1a 내지 도 1d의 예시된 시스템 중 어느 하나가 검사 시스템(122) 없이 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 1e는 로봇 암(102), 튜브 입출력 서브 시스템(120), 레이저 절삭 시스템(128) 및 선택적인 후처리 시스템(130)을 포함하는 시스템(100)의 또 다른 실시예를 예시한다. 시스템(100)에 포함된 시스템/서브 시스템/스테이션의 수 및 유형이 본 명세서에 포함된 예시된 개략도로 제한되도록 의도되는 것은 아니다. 또한, 추가의 또는 제2 레이저 절삭 시스템만이 도시되어 있지만, 또 다른 레이저 절삭 시스템, 예를 들어, 제3 레이저 절삭 시스템이 시스템(100)에 제공될 수 있다는 점에 유의하여야 한다. 따라서, 시스템(100)이 일 실시예에 따라 하나 이상의 레이저 절삭 시스템을 포함할 수 있다. 더욱이, 시스템(100)에서의 서브 시스템의 배향 및 배치가 본 명세서의 도시된 예시적인 실시예로 제한되도록 의도되는 것은 아니다.
도 1b 및 도 1d에 도시된 바와 같은 제2 또는 추가의 레이저 절삭 시스템을 추가하면 시스템의 생산 속도를 증가시키는(예를 들어, 두 배가 되도록 하는) 것을 도울 수 있다. 예를 들어, 2개의 레이저 절삭 시스템을 사용하는 경우, 다른 모든 서브 시스템(검사 시스템, 후처리, 로봇 암 등) 중 하나가 여전히 제공될 수 있는데, 그 이유는 각각의 서브 시스템의 처리 시간이 변할 수 있으며 경우에 따라 다른 서브 시스템에서의 처리 시간이 튜브를 절삭하는 데 걸리는 절삭 시간 미만일 수 있기 때문이다. 이것은 비용 절감을 초래할 수 있으며 또한, 제2 절삭 시스템은 그렇게 많은 추가 영역을 필요로 하지 않기 때문에 설치 면적을 줄일 수 있다.
도 2a 및 도 2b 및 도 16은 도 1a의 개략도에 도시된 바와 같은 일 실시예에 따른 생산 시스템(100)에 대한 예시적인 레이아웃 개념을 보여준다. 아래의 설명이 시스템(100) 및 도 2a 및 도 2b(및 따라서 도 1a)의 서브 시스템에 대한 특정 참조를 포함할 수 있지만, 도 1b, 도 1c 및 도 1d에 나타내어진 시스템 및 서브 시스템이 도 1a, 도 2a 및 도 2b, 및 도 3 내지 도 23을 참조하여 설명되는 바와 같은 유사하거나 동일한 특징 및 특성을 포함할 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2a는 일 공간의 내부에 제공되는 생산 시스템(100)의 서브 시스템의 평면도를 보여준다. 도 16에서 더 잘 볼 수 있는 일 실시예에서, 시스템(100)은 부분적으로 둘러싸인 공간의 내부에 서브 시스템 또는 스테이션을 실질적으로 포함하도록 구성되는 하우징을 형성하는 벽 또는 외부 보호 장치(guarding)를 갖는 프레임(103)을 포함한다. 다른 실시예에서는, 프레임(103)이 제공되지 않을 수 있다. 공간 또는 하우징은 길이(L), 폭(W) 및 높이(H)를 가지며, 바닥(F)에 배치된다.
일 실시예에서, 시스템 내부의 레이아웃은 조작자 또는 기술자가 작업을 수행하기 위해 시스템의 부품 또는 서브 시스템에 접근할 수 있도록 바닥(F)을 따라 접근 영역 및/또는 통로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 조작자, 기술자 또는 작업자가 시스템(100)에 접근하여 필요에 따라 서브 시스템에 제공된 부품에 대한 유지 보수, 개조 및/또는 수리 작업을 수행할 수 있다. 시스템은 하우징 내로의 그리고 시스템으로의 접근을 위해 측면 중 하나, 예를 들어, 전방 측면에 있는 출입구 및/또는 힌지식 도어를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 접근용 도어(104)(도 16 참조)가 로봇 암(102) 및 내부의 서브 시스템으로의 접근을 제공하기 위해 프레임(103)의 전방 부품에 배치된다. 출입구 또는 접근용 도어(104)의 위치는 변경될 수 있으며, 예를 들어, 서브 시스템의 배치에 좌우될 수 있다.
생산 시스템(100)은 워크 스테이션(106) 및 그 공간/프레임(103)에 인접하여 외측에 배치되는 다수의 다른 스테이션(108, 110)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 워크 스테이션(106) 및/또는 스테이션(108, 110)은 생산 시스템(100)의 성능을 모니터링하고 생산 시스템을 제어하기 위해 표시 스크린, 입력 장치, 제어부, 컴퓨터 등을 포함하는 조작자용 작업 공간을 제공할 수 있다. 예를 들어, 워크 스테이션(108) 및/또는 스테이션(108, 110)은 시스템(100)의 다양한 부품을 제어하는 하나 이상의 컴퓨터 또는 제어부(118)를 포함할 수 있다. 컴퓨터가 사용되는 일 실시예에서, 컴퓨터는 범용 컴퓨터 또는 특수 용도의 컴퓨터일 수 있다. 본 명세서에 설명된 바와 같은 다양한 부품 및 기능을 구현하기 위해, 컴퓨터 하드웨어 및 소프트웨어 플랫폼이 사용될 수 있다. 컴퓨터는 프로그램 명령을 실행하기 위해 하나 이상의 프로세서 형태의 중앙 처리 유닛을 포함할 수 있다. 컴퓨터 또는 제어부는, 예를 들어, 로봇 암(102) 및 서브 시스템의 각각의 장치에 지시를 내리도록 설계되는 프로그램되거나 저장된 프로그램을 포함할 수 있다. 메모리(RAM 또는 ROM)와 같은 유형(有形)의 비일시적 매체 형태의 데이터 저장소가 통신 버스와 함께 컴퓨터 또는 제어부에 제공될 수 있다. 본 명세서에 개시된 바와 같은 튜브를 처리하기 위한 방법은 컴퓨터 또는 제어부와 관련된 저장 매체에 저장될 수 있다. 유형의 비일시적 저장소 유형 매체는, 소프트웨어 프로그래밍을 위한 저장소를 제공할 수 있는, 컴퓨터, 본 명세서에 설명된 시스템 구성 요소의 프로세서(들) 등, 또는 이와 관련된 모듈용의 메모리 또는 다른 저장소 중 일부 또는 전부를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 시스템은 다수의 서브 시스템 사이에서 처리되는 각각의 튜브를 집어 파지하여 이동시키도록 구성된 육-축(6-축) 로봇 암(102)을 포함한다. 로봇 및/또는 자동화 분야의 숙련자에 의해 일반적으로 이해되는 바와 같이, 6-축 로봇 암은 6개의 축선 상에서 작동하도록, 즉 전후로(전방 및 후방으로), 위아래로, 옆에서 옆으로 이동함으로써 작동하도록 설계된다. 일반적으로, 이러한 로봇 암은 연관된 제어부에 의해 지시된 바와 같이 상이한 방향으로 부품을 이동시키기 위해 다수의 암, 조인트 베어링, 엔드 이펙터, 구조상 프레임, 제어부(들) 및 다수의 서보 모터를 포함한다. 엔드 이펙터는 각각의 튜브를 파지하여 집어 올려 서브 시스템 사이에서 이동시키기 위한 파지 기구 또는 손의 역할을 한다. 이러한 로봇 암은 일반적으로 당업계에 알려져 있기 때문에 그 특징은 여기에서 자세히 설명하지 않는다.
일 실시예에서, 다수의 서브 시스템은 복수의 튜브를 유지하도록 구성되는 튜브 입출력 서브 시스템(120)(본 명세서에서 "튜브 격납 유닛"이라고도 함), 검사 시스템(122), 레이저 절삭 서브 시스템(128) 및 선택적 후처리 서브 시스템(130)을 포함할 수 있으며, 이러한 서브 시스템이 각각 도 4 내지 도 15를 참조하여 더 상세히 도시 및 설명된다. 로봇 암(102) 및 서브 시스템의 레이아웃을 사용하여 생산 및 검사 공정을 자동화함으로써, 본 명세서에 개시된 생산 시스템(100) 및 그 방법 단계는 고객에게 일관되고 만족스러운 여과 튜브를 생산하는 데 더 높은 품질의 제품과 더 높은 정확도를 제공한다. 개시된 시스템은, 예를 들어, 공정의 자동화로 인해 작업자 상호 작용을 감소 및/또는 최소화하며, 이것은 결국 작동 비용을 감소시킬뿐만 아니라 아래 설명을 기반으로 더욱 명백한 다른 장점을 제공한다.
도 4 내지 도 15에 도시된 장치를 언급할 때 "시스템" 및 "서브 시스템"이라는 용어의 사용은 본 출원서 전반에 걸쳐 상호 교환적으로 사용될 수 있다. 용어 서브 시스템은 단순히 전체 생산 시스템(100)의 일부로서 제공되는 시스템을 지칭하는 것을 의미한다. 또한, 본 명세서에 도시된 바와 같은 서브 시스템은 예시적이며 제한되도록 의도되는 것은 아니다. 즉, 다른 시스템이 생산 시스템(100)의 일부로서 포함될 수 있고 및/또는 본 명세서에 설명된 시스템이 전체 시스템(100)으로부터 제거될 수 있다(예를 들어, 도 1b, 도 1c 및/또는 도 1d에 도시된 바와 같이).
도 2a의 예시된 실시예에서, 6-축 로봇 암(102)은 공간[예를 들어, 프레임(103)의 내부의 또는 프레임(103)이 없는]의 부근 또는 그 중앙에 제공되며, 로봇 암(102)의 좌측으로 튜브 입출력 서브 시스템(120) 및 검사 시스템(124, 126)이, 로봇 암(102)의 우측으로 후처리 시스템(130)이 그리고 시스템의 배면에 레이저 절삭 시스템(128)이 제공되어 통합된다[단지 예시 목적으로 프레임(103) 없이 시스템 내의 예시적인 서브 시스템의 배치를 보여주는 도 2b 참조]. 다른 실시예에서는, 스테이션의 위치가 변경될 수 있다. 다른 실시예에서, 검사 시스템(122)이 로봇 암의 우측에 배치되며, 튜브 입출력 시스템(120)이 시스템(100)의 전면에 배치된다. 이에 따라, 도면에 도시된 바와 같은 서브 시스템의 레이아웃은 예시적인 것이며 제한되도록 의도된 것은 아님을 이해하여야 한다.
생산 시스템(100)의 이러한 부품들의 일반적인 기능은 다음과 같다: 로봇 암(102)은 튜브 격납 유닛 또는 입출력 서브 시스템(120)으로부터 처리용 튜브를 인출하며 전술한 서브 시스템 사이에서 각각의 튜브를 이동시키도록 구성된다. 일 실시예에서, 각각의 서브 시스템은 레이저 절삭 시스템(128)에 대한 생산을 보류하지 않고 대략 1시간 이내에 그 기능을 완료하도록 설계된다. 검사 시스템(122)[예를 들어, 처리전 검사 시스템(124) 및 처리후 검사 시스템(126)을 포함]은 튜브 입출력 서브 시스템(120)으로부터 로봇 암(102)에 의해 인출된 각각의 튜브를 수용하여 검사하도록 구성된다. 본 개시에서, "미처리 튜브"는 슬롯, 홀 및/또는 기공이 레이저 시스템에 의해 튜브에 절삭되거나 형성되기 이전의 튜브를 의미한다. 각각의 튜브의 "처리전 검사"에는 미처리 튜브의 검사가 포함된다. 일 실시예에 따르면, 처리전 검사 시스템(124)은 상기 튜브의 치수 이상 및/또는 결함 여부를 결정하며 처리전 검사를 통과한 상기 이상 및/또는 결함이 없는 각각의 튜브를 결정하기 위해 각각의 튜브의 표면을 스캔함으로써 각각의 미처리 튜브를 검사하도록 구성된다. 레이저 절삭 시스템(128)은 처리전 검사 시스템(124)으로부터 레이저 절삭 시스템(128)으로 상기 튜브를 이동시키는 로봇 암(102)을 통해 처리전 검사를 통과한 각각의 튜브를 수용하도록 구성된다. 레이저 절삭 시스템(128)은 유체로부터 고체를 여과하도록 구성되는 여과 튜브를 형성하기 위해 튜브의 벽에 그리고 벽을 관통하여 복수의 슬롯, 홀 및/또는 기공을 절삭하도록 구성된다. 후처리 시스템(130)은 레이저 절삭 시스템(128)에 의해 절삭된 각각의 튜브를 처리하며, 즉 절삭되거나 슬롯이 형성된 이후의 튜브를 처리한다. 처리후 검사 시스템(126)은 후처리 시스템(130)으로부터 로봇 암(102)에 의해 수집된 각각의 튜브를 수용하여 검사하도록 구성된다. 본 개시에서, "처리 튜브"(또는 슬롯이 형성된 튜브 또는 절삭 튜브)는 레이저 시스템에 의해 튜브에 슬롯, 홀 및/또는 기공이 절삭되거나 형성된 이후의 튜브를 의미한다. 튜브의 "후처리"는, 예를 들어 레이저 시스템을 사용하여 튜브가 절삭된 이후의 튜브의 세정, 헹굼, 건조 및/또는 검사를 포함할 수 있다. 처리된 튜브의 "처리후 검사"에는 처리된 또는 슬롯이 형성된 튜브 각각의 검사가 포함된다. 일 실시예에 따르면, 처리후 검사 시스템(126)은 레이저 절삭 시스템(128)에 의해 절삭된 후의 각각의 튜브의 적어도 슬롯/홀 품질 및 다공성을 결정하며 처리후 검사를 통과한 각각의 튜브를 결정하기 위해 각각의 튜브의 표면을 스캔함으로써 각각의 처리 튜브를 검사하도록 구성된다. 처리후 검사는 레이저 절삭 시스템에 의한 레이저 절삭 후에 또는 후처리 시스템에 의한 처리 후에 수행될 수 있다. 본 명세서에 설명된 바와 같은 "여과 튜브"는 처리되고 처리후 검사(및 처리전 검사)를 통과하였으며 따라서 필터로서 사용되도록 구성되는 튜브를 의미한다. 이러한 완성된 여과 튜브는 절삭 및 검사를 거쳐, 예를 들어, 고객 및/또는 제조업체로 배송될 준비가 된다.
아래에서 더 설명되는 바와 같이, 처리전 검사 시스템(124) 및 처리후 검사 시스템(126)은 하나의 검사 서브 시스템(122)(또는 스테이션)의 일부이거나 그 서브 시스템에 포함될 수 있다. 또한, 각각의 서브 시스템에는 바닥(F) 상의 공간/프레임(103)의 내부에서 각각의 서브 시스템의 이동 및 배치를 허용하는 별도의 구조상 프레임 및/또는 테이블이 제공될 수 있다.
본 명세서에 개시된 생산 시스템을 사용하는 방법이 개괄적으로 도 3의 개략도에 예시되며, 또한 도 16 내지 도 23을 참조하여 더 상세히 도시된다. 예를 들어, 일 실시예에서, 방법은, 각각의 튜브에 대해, 로봇 암(102)을 사용하여 튜브 격납 유닛 또는 튜브 입출력 서브 시스템(120)으로부터 처리용 튜브를 인출하는 단계(예를 들어, 도 16 참조), 검사를 위해 로봇 암(102)을 사용하여 튜브를 처리전 검사 시스템(124)[또는 검사 서브 시스템(122)]으로 이동시키는 단계(예를 들어, 도 17 참조), 상기 튜브의 치수 이상 및/또는 결함 및/또는 품질 문제 여부를 결정하며 처리전 검사를 통과한 상기 이상 및/또는 결함 및/또는 품질 문제가 없거나 결함이 있는 각각의 튜브를 결정하기 위해 처리전 검사 시스템(124)을 사용하여 튜브의 표면을 스캔함으로써 튜브를 검사하는 단계, 및 처리전 검사를 통과할 때에, 로봇 암(102)을 사용하여 처리전 검사된 튜브를 레이저 절삭 시스템(128)으로 이동시키거나, 그렇지 않으면 결함이 있는 튜브(즉, 이상 및/또는 결함 및/또는 품질 문제가 있는 것으로 결정된 튜브)를 로봇 암(102)을 사용하여 튜브 입출력 서브 시스템(120)으로 다시 이동시키는 단계를 포함한다. 각각의 튜브 통과 검사의 경우, 방법은 유체로부터 고체를 여과하도록 구성되는 여과 튜브를 형성하기 위해 레이저 절삭 시스템(128)을 사용하여 각각의 튜브의 벽에 그리고 벽을 관통하여 복수의 슬롯, 홀 및/또는 기공을 절삭하는 단계를 추가로 포함한다(예를 들어, 도 18 참조). 선택적으로, 시스템(100)이 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같은 후처리 시스템(130)을 포함하는 경우, 방법은 로봇 암(102)을 사용하여 절삭 튜브를 레이저 절삭 시스템으로부터 후처리 시스템(130)으로 이동시키는 단계 및 후처리 시스템(130)을 사용하여 레이저 절삭 시스템(128)에 의해 절삭된 튜브를 처리하는 단계를 포함한다(예를 들어, 아래에서 더 설명되는 도 19 내지 도 21 참조). 방법은 로봇 암(102)을 사용하여 절삭 튜브를 레이저 절삭 시스템(128)으로부터 또는 대안으로서 후처리 시스템(130)(포함된 경우)으로부터 처리후 검사 시스템(126)[또는 검사 서브 시스템(122)]으로 이동시키는 단계(예를 들어, 도 22 참조) 및 레이저 절삭 시스템에 의해 절삭된 후 각각의 튜브의 적어도 슬롯/홀 품질 및 다공성을 결정하며 처리후 검사를 통과한 튜브를 결정하기 위해 각각의 튜브의 표면을 스캔함으로써 처리후 검사 시스템(126)을 사용하여 튜브를 검사하는 단계를 포함한다. 처리후 검사의 결과에 따라, 로봇 암(102)은 처리후 검사 시스템으로부터 튜브 입출력 서브 시스템(120)으로 각각의 튜브를 이동시키며 튜브를 검사를 통과하는지 여부에 기초하여 적절한 또는 특정 통 또는 트레이에 배치하도록 구성된다(예를 들어, 도 23 참조).
각각의 서브-시스템의 사용과 관련된 추가 방법 단계가 또한 아래에 설명된다.
튜브 입출력 서브 시스템
이제 도 4 내지 도 15를 살펴보면, 각각의 서브 시스템의 예시적인 특징이 본 명세서에 설명된다. 구체적으로, 도 4는 검사, 레이저 절삭 및 후처리(예를 들어, 세정)를 위해 튜브를 로딩할뿐만 아니라 처리후 레이저 절삭 튜브를 배출하는 데 사용되는 튜브 입출력 서브 시스템(120)의 특징을 보여준다. 입출력 서브 시스템(120)은 로봇 암(102)의 부근에, 예를 들어 공간/프레임(103)의 좌측에 서브 시스템(120)을 배치하기 위한 구조상 프레임(121)을 포함할 수 있다. 구조상 프레임(121)은, 예를 들어 부분적으로 또는 대부분 프레임(103) 및 그 보호 장치의 내부에 포함될 수 있다. 일반적으로, 입출력 서브 시스템(120)은, 예를 들어 프레임(103) 또는 하우징을 통해 조작자가 접근 가능한 제1 측면(예를 들어, 좌측면 또는 외측면)(도 2a 참조), 및 예를 들어 로봇 암(102)이 공간/프레임(103)/하우징의 중앙 위치 또는 중앙 부근에 배치되는 경우 로봇 암(102)에 의해 접근 가능한 반대쪽 제2 측면(예를 들어, 우측면 또는 내측면)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 미처리 튜브는 제1 측면(예를 들어, 좌측면 또는 외측면) 상의 입출력 서브 시스템(120)으로 공급되는 반면, 반대쪽 제2 측면(예를 들어, 우측면 또는 내측면)은 미처리 튜브를 수용하며 로봇 암(102)이 해당 측면으로부터 각각의 튜브를 파지하여 제거할 수 있도록 튜브에 접근할 수 있도록 한다. 처리 튜브는 제2 측면(예를 들어, 우측면 또는 내측면) 상에서 로봇 암(102)에 의해 입출력 서브 시스템(120)으로 공급될 수 있으며, 조작자에 의해 제1 측면으로부터 제거될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같은 일 실시예에서, 튜브 입출력 서브 시스템(120)은 미처리 미검사 튜브, 처리전 검사 시스템(124) 또는 처리후 검사 시스템(126)을 통한 검사의 결과로서 검사에 실패한 튜브, 및 검사를 통과하였으며 여과 튜브로 사용하도록 구성되는 튜브를 유지한다. 일 실시예에서, 입출력 서브 시스템(120)은 제1 또는 상부 트레이(132), 제2 또는 중간 트레이(134), 및 제3 또는 하부 트레이(136)를 구비할 수 있다. 일 실시예에서, 상부 트레이(132)는 미처리 및 미검사 튜브를 유지할 수 있고, 중간 트레이(134)는 서브 시스템(124 또는 126)에 의한 검사에 실패한 임의의 튜브를 유지할 수 있으며, 바닥 트레이(136)는 검사를 통과하였으며 여과 튜브로서 사용하도록 구성된 튜브를 유지할 수 있다. 미처리 튜브는 조작자 또는 기술자에 의해, 예를 들어 제1 측면/좌측면 상의 상부 트레이(132)에 로딩될 수 있으며, 처리 튜브가 동일한 측면 상의 바닥 트레이(136)로부터 언로딩될 수 있다. 트레이라는 단어의 사용은 구조적으로 제한되도록 의도된 것은 아니며, 예를 들어 각각의 트레이가 본 명세서에서 다수의 튜브를 유지하기 위한 "통"으로도 지칭될 수 있다.
예시된 실시예에서, 각각의 트레이(132, 134, 136)는 실질적으로 종방향 또는 수평 방식으로 내부에 튜브를 수용 및 정렬하기 위해 각각 폭(W1, W2, W3)을 갖는 수용 표면을 포함할 수 있다. 도 5는 트레이(132, 134, 136) 및 튜브 입출력 서브 시스템(120)과 연관된 일부 예시적인 부품의 대안의 도면을 보여준다. 일 실시예에서, 각각의 트레이(132, 134, 136)는 튜브를 수용하기 위해 제1 단부(예를 들어, 좌측 단부) 및/또는 제2 단부에 수용 슬롯을 구비할 수 있어, 튜브가 트레이의 단부 사이에서 트레이 표면 길이를 따라 안내될 수 있다. 하나 이상의 스토퍼 또는 선반이 또한, 트레이에 수용된 튜브가 트레이의 단부를 지나쳐 이동하는 것을 제한하는 것을 돕기 위해 트레이의 제1 및 제2 단부에 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 트레이(132, 134, 136)는 수평면, 예를 들어 생산 시스템(100)이 배치되는 바닥(F)을 가로 질러 연장되는 평면에 대해 0이 아닌 각도로 잠금 고정되도록 구성된다. 예를 들어, 일 실시예에서, 상부 트레이는 바닥(F)의 수평면에 대해 상방으로 연장되는 예각(α)으로 구성된다. 이에 의해 트레이(132)의 제1 단부에 삽입된 미처리 튜브가 로봇 암(102)에 의한 접근을 위해 제2 단부로 이동되어 모아질 수 있다. 일 실시예에서, 제2 및 제3 트레이는 바닥(F)의 수평면에 대해 하방으로 연장되는 각도(β)로 구성된다. 이에 의해 트레이(134, 136)의 제2 단부에 삽입된 실패한 튜브 및 처리 튜브가 조작자에 의한 접근 및 제거를 위해 트레이의 제1 단부로 이동되어 모아질 수 있다. 일 실시예에서, 임의의 트레이(132, 134 및/또는 136)는 트레이를 구조상 프레임(121)에 힌지식으로 연결하며 이에 따라 트레이(들)(132, 134 및/또는 136)의 각방향 위치의 조정 및 변경을 허용하는 힌지를 구비할 수 있다. 또한, 트레이(들)(132, 134, 136) 중 하나 이상은 이와 관련된 잠금부 또는 잠금 시스템을 구비할 수 있다. 예를 들어, 미처리 튜브를 상부 트레이(132)에 로딩할 때, 조작자는 먼저 트레이(132)를 하향 각도[예를 들어, 각도(β)와 같은]로 배치하여 트레이(132)의 제1 단부에 튜브를 추가한 다음, 튜브가 트레이 폭을 따라 제2 단부로 이동되도록 트레이(132)를 상방으로 연장되는 각도(α)로 이동시키고자 할 수 있다. 트레이(들)를 고정하는 데 사용되는 잠금부 또는 잠금 시스템의 유형은 제한되도록 의도된 것은 아니다. 예를 들어, 잠금부는 내부에 클립을 수용하기 위한 슬롯(들)[예를 들어, 프레임(121)에 제공됨]이 있는 브래킷 또는 원하는 각도로 트레이(들)를 고정하는 별도의 장치를 포함할 수 있다.
또한 도 5에는 튜브 입출력 시스템(120)에 포함될 수 있는 선택적인 추가의 스테이징 위치(133)가 도시되어 있다. 이 추가의 스테이징 위치(133)는, 예를 들어, 처리될 다음 튜브를 유지하기 위한 슬롯을 포함하는 프레임일 수 있다. 프레임은 제1 트레이(132)에 인접하게, 그 위에, 또는 그 부근에 배치될 수 있다.
검사 서브 시스템
도 6은 일 실시예에 따른 검사 서브 시스템(122)의 개요를 보여준다. 앞서 언급한 바와 같이, 이 도시된 예시적인 실시예에서, 처리전 검사 서브 시스템(124) 및 처리후 검사 서브 시스템(126)이 함께 제공될 수 있으며, 예를 들어, 둘 다 동일한 구조상 프레임(138)에 대해 장착될 수 있다. 이에 따라, 검사 시스템(122)은 두 가지 목적, 첫째 미처리 튜브의 처리전 검사, 둘째 절삭되거나 슬롯이 형성되었으며 후처리된(예를 들어, 세정된 및/또는 헹굼 처리된 및/또는 건조된) 후의 처리 튜브의 처리후 검사를 위해 마련될 수 있다. 프레임(138)은, 예를 들어 공간/프레임(103)의 일측 또는 좌측을 향해 로봇 암(102) 부근에 검사 서브 시스템(122)을 배치한다. 프레임(138)은, 예를 들어 부분적으로 또는 대부분 프레임(103) 및 그 보호 장치의 내부에 포함될 수 있다. 시스템(122)은, 예를 들어 길이(LI), 폭(WI) 및 높이(HI)를 갖는 공간에 획정될 수 있다.
프레임(138)은 일반적으로 수평 방향으로 연장되며, 하나 이상의 검사 장치에 의한 검사를 위해 절삭 전후에 각각의 튜브[예를 들어, 예시 목적으로 여기에 도시된 튜브(135)]를 고정하기 위해, 예를 들어 튜브의 어느 하나의 종방향 단부에 하나 이상의 고정 장치(140)를 포함할 수 있다. 도 7 및 도 8에 개략적으로 도시된 바와 같은 일 실시예에서, 각각의 고정 장치(140)는 압축 스프링(137)을 통해 스프링 장전되는 튜브 그립퍼 로드(145)를 포함하는 스프링 장전식 로드를 포함한다. 이 스프링 장전식 로드는 검사 중인 튜브(135)를 유지 및 지지하는 데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 로드는 튜브의 내경을 통해 또는 튜브의 내경으로부터 검사되는 튜브를 유지 및 지지하도록 구성된다. 또한, 일 실시예에서, 고정 장치(140) 중 적어도 하나는 종방향 또는 수평 축선 A-A를 따라 검사 장치에 대해 내부에 장착된 각각의 튜브를 회전시키기 위해 고정 장치와 연관된 회전 장치(142), 예를 들어 서보 모터(147)를 포함한다. 일 실시예에서, 각각의 고정 장치(140)는 회전 장치(142)를 포함한다. 스프링 장전식 로드는, 예를 들어 2개의 베어링(139, 147)에 의해 지지될 수 있고, 베이스 플레이트(151)에 의해 추가로 지지될 수 있다. 장치(142)를 사용하여, 스프링 장전식 로드가 튜브가 검사되는 동안 스프링 장전식 지지부에 대해 축방향으로 그리고 튜브(135)와 함께 회전할 수 있도록 반경 방향으로 이동하도록 구성될 수 있다. 서브 시스템(122)의 장치(140)에 사용되는 베어링은 선형 운동 베어링 및/또는 회전 베어링 모두를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 고정 장치(들)(140)는 커넥터(149)를 통해 베이스 플레이트(151)에 연결되는 공압 피스톤 액추에이터(141) 및 공압 피스톤 로드(143)에 의해 제어되어, 튜브를 검사 동안 제자리에 유지하기 위해 스프링 장전식 로드가 튜브(135)에 대해 가압될 수 있도록 한다. 피스톤 액추에이터(141)가 검사 처리 동안 튜브(135)를 유지 및 해제하는 데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 피스톤 액추에이터(141)가 완전히 신장되면, 장치는 개방된 것으로 간주되며 튜브가 제거될 수 있다. 피스톤 액추에이터(141)가 철회되면, 장치는 폐쇄된 것으로 간주되며 튜브가 제자리에 잠금 고정된다. 폐쇄 위치에 있을 때, 스프링(137)이 로드(145)를 튜브(135)로 압축하여, 튜브를 제자리에 단단히 유지한다.
일반적으로 도 6 및 도 7에서 144로 표시된 검사 장치(124, 126)는 프레임(138) 상에 배치된 트레이(146)(도 10 참조) 상에 장착된 것으로 도시되어 있다. 각각의 검사 장치(124, 126)는 선형 가이드 레일 구동 샤프트(163)에 의해 구동되는 선형 가이드 레일 모터(161)(도 8 참조)를 통해 레일(150)을 따라 이동하도록 제어될 수 있다. 이에 의해 검사 장치(144)가 튜브(135)를 검사할 때 선형으로 전방 및 후방으로(축선 A-A를 따라) 이동하는 방식으로 제어될 수 있다. 도 9 및 도 10을 참조하여 도시 및 논의되는 바와 같이, 일 실시예에 따라, 검사 장치(144)는 튜브의 처리전 검사를 위한 레이저 캘리퍼/마이크로미터(124) 및 튜브의 처리후 검사를 위한 비전 검사 카메라(166)를 포함할 수 있다.
튜브(135)는 튜브의 각각의 단부에 있는 튜브 그립퍼 로드(145) 및 스프링(137)에 의해 제자리에 유지된다. 전술한 바와 같이, 튜브 그립퍼 로드(145)는 모터(147) 및 회전 베어링(139)을 통해 검사 동안 튜브(135)를 회전시킬 수 있다. 공압 피스톤 액추에이터(141)가 모터/회전 베어링 베이스 플레이트의 재배치를 허용한다. 튜브의 길이가 처리전 검사와 처리후 검사에서 다르기 때문에, 이 피스톤 액추에이터는 스테이지 또는 트레이(146)의 위치 변경을 허용한다.
도 9 및 도 10은 일 실시예에 따른 처리전 검사 및 처리후 검사 서브 시스템(124, 126)과 관련된 예시적인 검사 장치(144)의 보다 상세한 도면을 보여준다. 서브 시스템(124, 126)이 가이드 브래킷(152)과 함께 트레이(146) 상에 장착된다. 가이드 브래킷(152)은 힌지 연결부(158) 또는 힌지 로드를 통해 트레이(146)의 상부에 고정된 블록(156)에 선회 가능하게 장착될 수 있는 가이드 플레이트(154)를 포함한다. 각각의 가이드 플레이트(154)는 튜브(135)의 직경을 보완하며 및/또는 튜브의 직경보다 약간 더 클 수 있는 둥근 절개부(160)를 포함할 수 있다. 브래킷(152)은 또한, 튜브의 안내 및 고정을 위해 튜브(135)의 표면에 맞대어 배치되도록 설계된 다수의 베어링(157)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 8개의 베어링(157)이 제공된다. 베어링(157)은 브래킷(152)과 함께 튜브(135)와 접촉하거나 접촉하지 않도록 선회하도록 설계된다. 공압식 암(162)(예를 들어, 피스톤)이 또한 고정 튜브(135)를 향하거나 멀어지게 가이드 브래킷(152)을 이동시키기 위해 트레이(146)에 장착될 수 있다. 브래킷(152)은 공압을 통해 개방 및 폐쇄/고정 위치 사이에서 이동될 수 있으며, 예를 들어 양의 공기 압력이 사용되어 브래킷(152)이 튜브 주변의 폐쇄 위치에 잠금 고정하기 위해 서로를 향해 이동될 수 있는 반면, 공기 방면에 의해 브래킷(152)이 튜브를 해제하기 위한 개방 위치로 서로 멀어지도록 이동될 수 있다. 예를 들어, 도 10은 튜브로부터 멀어진 개방 위치에 있는 가이드 브래킷(152)을 보여준다. 튜브가 고정 장치(140)를 사용하여 레이저 절삭 시스템(128)에 고정되고 나면, 암(162)이 도 9에 도시된 바와 같이 절개부가 튜브(135)를 실질적으로 둘러싸도록 가이드 브래킷(152)을 힌지 연결부(158)를 중심으로 이동시키거나 선회시키도록 활성화될 수 있다. 트레이(146) 및 따라서 각각의 서브 시스템(124, 126)은 이후, 튜브가 선형 슬라이드(148)(일측이 도 6에 도시됨) 및 프레임(138)에 장착된 모션 제어 시스템을 사용하여 회전 장치(142)에 의해 회전됨에 따라 튜브의 표면을 검사하고 스캔하기 위해 고정된 튜브(135)에 대해 종방향 축선 A-A를 따라 수평 방향으로 이동하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 모션 제어 시스템은 슬라이드(148) 및 트레이(146)를 프레임(138)의 상부에 제공되거나 장착된 한 쌍의 평행한 선형 가이드/추적 레일(150)을 따라 이동시키기 위한 별도의 모터를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 검사할 튜브(135)는 그 단부가 고정 장치(140)의 2개의 지지 로드의 사이에 있도록 배치될 수 있다. 어느 하나 또는 각각의 장치(140) 상의 공압 피스톤 액추에이터가 튜브를 잠금 고정 및/또는 해제하기 위해 제어된다. 일 실시예에서, 지지 로드 중 하나는 회전 장치(142)(서보 모터)에 의해 회전될 수 있는 반면, 다른 하나의 지지 로드는 스프링 장전된다. 전술한 하드웨어[예를 들어, 트레이(146), 서브 시스템]는 검사 공정(들) 동안 서보 모터에 의해 전원이 공급되어 튜브에 대해 축방향으로 그리고 프레임(138)의 레일(150)을 따라 선형적으로 이동하도록 구성된다. 이에 따라, 2개의 서보 모터 및 2개의 공압 피스톤 액추에이터가 검사 시스템(122)의 모션 제어의 일부로서 사용될 수 있다.
도면에 명시적으로 도시되어 있지는 않지만, 도 6 내지 도 9에 도시된 슬라이드와 같은 유사한 선형 슬라이드(148)가 레일(150)을 따라 이동하기 위해 트레이(146)의 반대 측면에 제공될 수 있다.
검사 시스템(122)의 처리전 검사 시스템(124)은 다음 작동 스테이지, 예를 들어 레이저 절삭 기계/시스템으로 이동하기 전에 품질 관리를 위해 유입 튜브를 검사하도록 설계된다. 모든 튜브가 임의의 튜브 상에/내부에 슬롯, 홀 및/또는 기공이 절삭되기 전에 직경과 진원도에 대해 검사될 수 있다. 절삭이 성공적이기 위해서는 튜브가 사전 정의된 사양 이내에 있어야 한다. 튜브가 지정된 공차를 벗어난 것으로 확인되면, 튜브가 거부되어 거부 통으로 폐기될 것이다. 튜브가 지정된 공차 이내에 있는 것으로 확인되면, 튜브가 레이저 절삭 기계로 이동하도록 허용되어 작동이 계속될 것이다.
일 실시예에서, 처리전 검사 시스템(124)은 각각의 미처리 튜브의 표면을 스캔하기 위한 레이저 광학 마이크로미터(164)를 포함한다. 도 10은 예시적인 레이저 광학 마이크로미터(164)의 일부를 더 상세히 보여준다. 레이저 광학 마이크로미터(164)는 레이저 절삭 전에 튜브 직경, 진원도 및 직진도뿐만 아니라 튜브 표면의 결함을 측정하도록 설계될 수 있다. 이 처리전 검사는 이상적인 및/또는 미리 결정된 형상 및 치수에서 너무 멀리 벗어나면 튜브가 적절하게 절삭되지 않을 것이기 때문에 사양을 벗어난 튜브가 레이저 절삭 시스템(128)으로 보내지는 것을 방지한다. 통상의 기술자에 의해 일반적으로 이해되는 바와 같이, 레이저 광학 마이크로미터는 LED, 집광기, 확산 판, 광학 렌즈 및 센서 헤드와 같은 광원을 포함한다. 레이저 광학 마이크로미터는 회전하는 광학 요소를 사용하여 경로를 통해 레이저를 스캔하며, 수신기가 측정 대상에 의해 차단되지 않은 광을 검출할 것이다. 물체(이 경우 검사중인 튜브 또는 해당 튜브의 특징부)가 광이 검출기에 도달하는 것을 차단하여 물체의 측정이 이루어진다. 레이저가 튜브 표면을 스캔하여 튜브가 필요한 사양 이내에 있는지 확인한다. 일 실시예에 따르면, 튜브는 튜브의 직경이 측정되며 튜브의 직경, 진원도 또는 직진도의 불완전성 또는 불일치가 검출되도록 회전 장치(들)(142)를 통해 회전된다.
레이저 광학 마이크로미터(164)에 대한 공정 경계는, 예를 들어 최적으로 또는 바람직한 것으로 결정된 설계 또는 치수 범위에 기초하여 조작자에 의해 설정될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 다른 마이크로미터 및/또는 게이지가 추가로 또는 레이저 광학 마이크로미터에 대한 대안으로서 처리전 검사 공정에 사용될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 검사를 위해 각각의 튜브의 표면을 스캔하기 위한 머신 비전 시스템 및/또는 카메라, 예를 들어, 처리후 검사 시스템에 대해 아래에서 설명되는 카메라가 처리전 검사에 사용될 수 있다.
처리전 검사 동안, 전술한 바와 같이, 검사를 통과한 튜브는 레이저 절삭 서브 시스템(128)으로 보내져 로봇 암(102)을 통해 집어져 시스템으로 이동된다. 검사에 실패한 튜브는 로봇 암(102)이 집어 이동시킴으로써 거부 통, 예를 들어, 튜브 입출력 서브 시스템(120)의 중간 트레이(134)로 보내진다.
일 실시예에서, 처리후 검사 시스템(126)은 각각의 처리 튜브의 표면을 스캔하기 위한 카메라(166) 및 백라이트(153)를 포함하는 머신 비전 검사 시스템을 포함한다. 도 10은 예시적인 레이저 머신 비전 검사 시스템의 일부를 더 상세히 보여준다. 전술한 바와 같이, 처리후 검사 서브 시스템(126)은 튜브가 레이저 절삭된 후[그리고 선택적으로 시스템(130)을 통해 후처리된] 튜브를 검사한다. 처리후 검사 서브 시스템(126)은 절삭 튜브가 레이저 절삭 후 원하는 사양(들)을 충족했는지 검증하여 모든 튜브가 원하는 사양을 충족하는지 확인한다. 예를 들어, 머신 비전 검사는 튜브의 슬롯/홀 치수와 다공성을 측정한다. 일 실시예에서, 카메라(166)가 튜브 표면을 스캔하여 튜브가 필요한 사양 이내에 있는지 확인하도록 구성된다. 예를 들어, 카메라(166)는 슬롯/홀 품질을 확인하며 레이저 절삭 시스템(128)을 통해 튜브에 절삭된 슬롯/홀의 다공성 및 평균 폭 및 길이를 산출하는 데 사용될 수 있다. 백라이트(153)는 튜브의 슬롯, 홀 및/또는 기공의 품질을 결정하는 것을 돕는 데 사용된다. 예를 들어, 백라이트(153)가 켜지고 빛을 냄에 따라 튜브의 임의의 공극 또는 슬롯이 카메라(166)에 의해 보일 수 있으며, 튜브의 슬롯, 홀 및/또는 기공을 통해 빛나는(비조명 영역에 비해) 광을 통해 다공성이 측정될 수 있다. 일반적으로, 이 시스템은 지정된 절삭 기하학적 형상이 달성되었는지 확인하기 위해 절삭부의 품질을 검사하도록 설계된다. 시스템은, 예를 들어, 각각의 슬롯/홀/기공의 평균 길이와 폭을 기록하며 각각의 완성된 튜브의 다공성을 산출할 수 있다.
처리후 검사 동안, 튜브가 원하는 사양을 충족하지 않으면, 튜브는 거부되며 조작자에게, 예를 들어, 워크 스테이션(106)을 통해 선택적으로 통지될 수 있다. 선택적으로, 거부된 튜브는 로봇 암(102)이 집어 이동시킴으로써 검사 서브 시스템(122)으로부터 튜브 입출력 서브 시스템(120)의 중간 트레이(134)로 보내질 수 있다. 검사를 통과한 튜브는 로봇 암(102)을 통해 완성 튜브 홀더, 즉 튜브 입출력 서브 시스템(120)의 바닥 트레이(136)로 보내져, 이곳에서 포장되어 배송 준비될 수 있다.
머신 비전 시스템에 대한 공정 경계는, 예를 들어, 최적으로 또는 바람직한 것으로 결정된 설계 또는 치수 범위에 기초하여 조작자 또는 고객에 의해 설정될 수 있다. 일 실시예에서, 검사 시스템 경계는 튜브에 대한 원하는 절삭을 기반으로 할 수 있다. 다공성, 슬롯/홀 길이 및 슬롯/홀 폭은 변할 수 있으며 고객 요구 사항에 따라 설정될 수 있다.
일 실시예에서, 기계는 1 m 내지 1.64 m 길이의 미세(micro) 슬롯이 형성된 튜브를 레이저 절삭하여 생산하도록 설계될 수 있다. 일 실시예에서, 처리후 검사 시스템(126)은 대략 1% 내지 대략 50%(둘 다 포함)인 튜브의 절삭 슬롯, 홀 및/또는 기공의 다공성 범위, 대략 0.1 ㎜ 내지 대략 10 ㎜(둘 다 포함) 범위의 슬롯/홀/기공 길이 및 대략 1 마이크론 내지 대략 1000 마이크론(둘 다 포함) 범위의 슬롯/홀/기공 폭을 측정하도록 구성된다. 다른 실시예에서는, 생산 및 검사를 위한 다공성 범위가 대략 5% 내지 대략 25%일 수 있고, 슬롯 길이가 대략 0.5 ㎜ 내지 대략 3.0 ㎜일 수 있으며, 슬롯 폭이 대략 10 마이크론 내지 대략 100 마이크론일 수 있다. 또 다른 실시예에서는, 시스템이 1 시간 이내에 15%의 목표 다공성을 갖는 미세 슬롯이 형성된 튜브를 생산하도록 설계될 수 있다. 튜브가 대략 30 ㎛ 내지 대략 50 ㎛의 폭 및 대략 1 ㎜ 길이의 대략적인 치수를 갖는 미세 슬롯 또는 기공을 포함할 수 있다. 시스템에서 절삭 및 처리될 튜브의 길이가 변할 수 있다.
검사 서브 시스템(122)은 검사 단계 동안 트레이(146)에 제공된 광학 마이크로미터(124)와 머신 비전 카메라/시스템(166) 모두를 레일을 따라 그리고 이에 따라 튜브(135)의 길이를 따라 이동시키는 동시에 회전 장치(142)를 통해 튜브를 회전시킴으로써 기능한다. 이러한 모션 제어 전략은 검사를 위한 튜브의 모든 외부 영역으로의 완전한 접근을 허용한다. 검사 서브 시스템(122)의 길이는 레이저 절삭 전에 튜브의 길이(대략 로딩 트레이의 크기)를 수용하여, 모션 제어 시스템이 처리전 검사를 위해 비절삭 튜브의 전체 길이를 수용하는 범위를 가질 수 있도록 한다.
일 실시예에 따르면, Keyence Corporation에 의해 제조된 레이저 광학 마이크로미터 및/또는 비전 시스템이 검사 서브 시스템(122)의 처리전 검사 시스템(124) 및/또는 처리후 검사 시스템(126)의 일부로서 구현될 수 있다.
레이저 절삭 서브 시스템
도 11은 일 실시예에 따른 레이저 절삭 시스템(128)의 개요를 보여준다. 레이저 절삭 서브 시스템(128)은 미세 슬롯, 미세 홀 및/또는 미세 기공(본 명세서 및 본 개시의 전반에 걸쳐 단순히 "슬롯", "홀" 및 "기공"으로 각각 지칭됨)을 튜브에 절삭하도록 구성되어, 이에 의해 재료가 해당 튜브를 통해 여과될 때 유체로부터 고체를 여과하도록 구성되는 여과 튜브를 형성한다. 레이저 절삭기는 프레임(170)에 장착된 테이블 표면(168) 상에 배치될 수 있다. 레이저 절삭 서브 시스템(128)은, 예를 들어, 공간/프레임(103)의 후방을 향해, 예를 들어, 로봇 암(102)의 부근에 배치될 수 있다. 그러나, 시스템(128)이 다른 서브 시스템에 대해 임의의 수의 장소에 배치될 수 있다. 또한, 도 1a 내지 도 1e를 참조하여 논의된 바와 같이, 임의의 수의 시스템(128)이 포함될 수 있다. 프레임(170) 및/또는 레이저 절삭 시스템(들)은, 예를 들어, 부분적으로 또는 대부분 프레임(103) 및 그 보호 장치의 내부에 포함될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 레이저 서브 시스템(128)은 동일 날자로 출원되어 동일한 양수인에게 양도된, "LASER CUTTING SYSTEM FOR CUTTING ARTICLES AND FORMING FILTRATION TUBES"을 명칭으로 하는 공동 계류 중인 미국 특허 출원 제62/738,853호(대리인 서류 참조 번호 036635-0458817)에 설명된 바와 같은 레이저 시스템일 수 있으며, 해당 출원의 전체 내용이 본 명세서에 참조로서 인용된다.
일 실시예에서, 레이저 절삭 서브 시스템(128)은 레이저 빔을 전달하기 위한 전달 시스템을 포함한다. 전달 시스템은 레이저 빔을 제공하도록 구성된 레이저 공급원, 적어도 하나의 미러, 포커싱 대물 렌즈, 가스 공급원 및 전달 노즐을 포함한다. 전달 노즐은 물품을 따라 미리 결정된 패턴으로 튜브에 복수의 슬롯, 홀 및/또는 기공을 절삭하기 위해 가스 공급원으로부터의 가스 및 레이저 공급원으로부터의 레이저 빔을 물품을 향해 전달하도록 구성될 수 있다. 레이저 빔에 의해 종방향으로 절삭될 물품을 유지하기 위해 제1 스테이지가 제공될 수 있고, 제1 스테이지는, (a) 물품을 향해 가스 및 레이저 빔을 전달하는 동안 물품을 축방향으로 회전시키며 또한 (b) 레이저 빔이 물품에 전달됨에 따라 전달 노즐에 대해 종방향으로 물품을 이동시키도록 구성된다. 제1 스테이지에 의해 유지되는 물품에 대해 전달 노즐을 이동시키기 위해 제2 스테이지가 제공될 수 있다. 레이저 빔 및 가스 공급원의 작동 및 제1 스테이지 및 제2 스테이지의 이동을 제어하기 위한 제어부가 또한 레이저 절삭 시스템(128)에 포함될 수 있다. 일 실시예에서, 시스템(128)은 제1 미러 및 제2 미러를 포함하며, 이들 미러는 레이저 빔을 방출하기 위해 회전 가능한 장착대를 통해 회전하도록 구성된다. 전달 노즐의 이미지를 촬영하기 위한 카메라 및/또는 이미지 초점을 맞추기 위한 릴레이 렌즈가 또한 시스템(128)에 제공될 수 있다. 시스템(128)은 물품을 절삭하는 데 사용되는 레이저 빔으로부터의 에너지 비율을 측정하기 위한 모니터링 장치 및/또는 레이저에 의해 절삭됨에 따라 물품/튜브를 향해 냉각제를 전달하기 위한 냉각제 공급원 및 냉각제 전달 노즐을 선택적으로 포함할 수 있다.
도 12는 일 실시예의 레이저 절삭 시스템(128)과 연관된 특징부의 예시적인 예 및 조립체를 보여준다. 레이저 절삭 시스템(128)은 레이저 빔을 제공하도록 구성된 레이저 공급원 및 레이저 빔을 튜브(135)를 향해 전달하기 위한 전달 노즐을 포함할 수 있다. 제1 스테이지가 각각의 물품을 종방향으로 유지하며, 물품을 향해 가스 및 레이저 빔을 전달하는 동안 물품을 축방향으로 회전시키며 전달 노즐에 대해 종방향으로 물품을 이동시킬 수 있다. 제1 스테이지에 의해 유지되는 물품에 대해 전달 노즐을 이동시키기 위한 제2 스테이지가 시스템에 제공된다. 제어부가 레이저 빔 및 가스 공급원의 작동 및 제1 스테이지 및 제2 스테이지의 이동을 제어한다. 모터, 척 및/또는 에어 콜릿(collet)이 원하는 패턴에 따라 튜브의 슬롯, 홀 및/또는 기공을 절삭하기 위해 레이저 공급원에 의해 방출되는 레이저 빔에 대해 튜브 및 이에 따라 그 표면을 회전시킨다. 그립퍼가 또한 레이저 절삭 시에 튜브를 유지하여 안내하는 데 도움이 될 수 있다.
레이저 절삭 서브 시스템(128)은 또한 진공 박스(172) 및 튜브 베어링 지지부(174)를 포함할 수 있다. 도 11의 예시된 실시예에서, 진공 박스(172)는 기계 및 테이블 표면(168)의 좌측에 제공된다. 대안으로서, 진공 박스(172)가 우측에 배치될 수 있지만, 로봇 암이 튜브를 로딩 및 언로딩할 때 개방 및 폐쇄할 수 있는 기능을 갖는다. 테이블 표면(168)을 따라 이격된 다수의 튜브 베어링 지지 브래킷(174)이 그 수평 표면으로부터 수직 방향으로 상방으로 연장된다. 각각의 베어링 지지 브래킷(174)은 튜브의 표면을 지지하며 레이저 헤드 부근에서 튜브를 안내하기 위해 각도를 이루며 제공된 전방향 전송 볼 세트를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 브래킷(174) 중 적어도 일부는 서로를 향해 각을 이루며 배치된 볼을 포함한다. 다른 실시예에서는, 볼이 아래로부터 튜브 표면을 지지하기 위해 실질적으로 수직 방향으로 배치될 수 있다.
진공 박스(172)는 진공 모터를 포함하며, 일 실시예에서, 모터에 연결된 호스를 포함한다. 호스의 연결 크기 또는 직경은 튜브 아래로 유동하는 원하는 공기량을 기반으로 할 수 있다. 진공 박스의 진공 모터와 연결되는 호스의 직경은 대략 30 ㎜ 내지 대략 80 ㎜의 범위에 있을 수 있다. 일 실시예에서, 호스는 대략 76 ㎜의 직경을 갖는다. 물론, 이러한 치수는 예시적인 것이며 어떤 식으로든 제한하도록 의도된 것은 아니다.
후처리 서브 시스템
도 13 내지 도 15는 일 실시예에 따른 선택적인 후처리 서브 시스템(130)의 개요를 보여준다. 구체적으로, 도 13은 각각의 튜브가 레이저 절삭 서브 시스템(128)에 의해 슬롯이 형성되거나 절삭된[그리고 검사 서브 시스템(122)에 의해 검사된] 이후 튜브를 처리할 수 있는 후처리 서브 시스템(130)의 특징부를 보여준다. 일 실시예에서, 후처리 시스템(130)은 절삭 튜브를 세정하기 위한 세정 시스템을 포함한다. 세정은 절삭 과정의 결과로서 튜브 내부 및/또는 외부에 남아 있는 헐거운 슬래그와 입자를 이동시켜 제거하는 작업이다. 후처리 서브 시스템(130)은 로봇 암(102)이 접근할 수 있는 부품을, 예를 들어, 공간/프레임(103)의 우측에 배치하기 위한 구조상 프레임(180)(도 14 참조)을 포함할 수 있다. 구조상 프레임(180)은, 예를 들어, 부분적으로 또는 대부분 프레임(103) 및 그 보호 장치의 내부에 포함될 수 있다.
일반적으로, 도 13의 위에서 본 부분 도면에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 후처리 서브 시스템(130)은 하나의 서브 시스템 또는 장치, 또는 다수의 서브 시스템 또는 장치를 내포할 수 있다. 도시된 예시적인 실시예에서, 후처리 서브 시스템(130)은 다수의 아이템, 예를 들어 제1(예를 들어, 전방) 용기(182), 제2(예를 들어, 중간) 용기(184) 및 제3(예를 들어, 후방) 용기(186)를 포함하며, 각각의 용기에는 그 내부에 처리된 튜브를 삽입하기 위해 로봇 암(102)이 개방된 상부 부분을 통해 접근 가능할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 용기(182)는 세정 용기이다. 일 실시예에서, 제1 용기(182)는 초음파 탱크(182)이며, 제2 용기(184)는 헹굼 탱크(184)이며, 제3 용기(186)는 건조 시스템의 일부인 용기이다.
일 실시예에서, 초음파 탱크(182) 및 헹굼 탱크(184)는 구조상 프레임(180) 상에 제공될 수 있는 반면, 건조 시스템은 상이한 프레임 상에 제공된다.
도 14는 프레임(180) 상에 탱크(182, 184)를 배치하는 예를 보여준다. 탱크 및 프레임은, 예컨대 길이(LC), 폭(WC) 및 높이(HC)를 갖는 공간에 획정될 수 있다.
생산 시스템(100)의 작동 중에, 처리 튜브는 로봇 암(102)을 통해 레이저 절삭 서브 시스템(128)으로부터 이동되어 초음파 탱크(182)에 배치될 수 있다. 초음파 탱크(182)는 탱크(182) 및 그 내용물로의 초음파 전류의 인가에 의해 각각의 처리 튜브를 초음파 세정할 수 있다. 초음파 탱크(182)는 그 내부에 배치된 다양한 길이의 튜브를 수용할 수 있는 크기의 벽과 그 상부의 개구를 구비한다. 초음파(182) 탱크는, 예를 들어 튜브를 세정하기 위해 물, 초음파 세제 또는 용매를 내부에 유지한다. 초음파 탱크(182)는 튜브를 세정하기 위해, 예를 들어, 대략 5분 내지 대략 20분의 시간 동안 활성화될 수 있다. 초음파 탱크(182)는 튜브 위 또는 내부에 남아 있는 느슨한 파편을 떼어 내어 제거할 수 있다.
상기 실시예가 레이저 절삭 튜브의 후처리 및 세정을 위한 초음파 탱크(182)의 사용을 설명하고 있지만, 절삭 튜브를 세정하기 위한 초음파의 사용이 제한적인 의미는 아니다. 일 실시예에서, 레이저 절삭 튜브가 전해 연마 시스템 및/또는 연마 세정 장치 및 비드 블라스팅 또는 샌드 블라스팅과 같은 방법, 및/또는 이러한 세정 방법의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는 대체 방법을 사용하여 세정될 수 있다. 이에 따라, 후처리 시스템(130)의 일부로서 사용되는 세정 시스템 또는 장치는 어떠한 방식으로도 제한되도록 의도된 것은 아니며, 임의의 수의 세정 시스템 및/또는 공정이 사용될 수 있다.
언급한 바와 같이, 도시된 예시적인 실시예에서, 후처리 시스템(130)은 절삭 튜브를 후처리하기 위한 다수의 장치를 포함한다. 일 실시예에서, 로봇 암(102)은 이후 일 실시예에 따라 튜브를 파지하여 초음파 탱크(182)(또는 다른 세정 장치/시스템)로부터 헹굼 탱크(184)로 이동시킬 수 있다. 초음파 탱크(184)는 그 내부에 배치된 다양한 길이의 튜브를 수용할 수 있는 크기의 벽과 그 상부의 개구를 구비한다. 일 실시예에서, 탱크(184)의 길이는 처리되는 튜브의 길이를 기반으로 한다. 헹굼 탱크(184)는 각각의 튜브를 헹굼 처리하기 위한 헹굼제 또는 유체를 내부에 유지한다. 일 실시예에서, 헹굼제는 물이다. 헹굼 탱크(184)를 초음파 탱크(182)의 다음에 배치하며 및/또는 사용함으로써, 헹굼 탱크(184)는 초음파 세정에서 남은 미세 이물질을 씻어낼뿐만 아니라 초음파 탱크(182)에 사용된 초음파 세제를 제거한다. 세정 시스템(130)은 헹굼수를 교반하기 위해 펌프와 노즐을 포함한다. 펌프(181)는 탱크(184) 상에 제공된 배관(183)에 부착되어 탱크 내부의 헹굼 유체(예를 들어, 물)를 급송 및 순환시킬 수 있다. 튜브에 있는 추가 이물질 제거를 돕기 위해 일정 시간 주기 동안 헹굼 처리가 수행될 수 있다. 헹굼 처리 후, 튜브가 로봇 암(102)을 통해 헹굼 탱크(184)로부터 제거된다. 물론, 헹굼 처리는 선택 사항이며 필수는 아님을 이해하여야 한다. 또한, 도시된 탱크(184)는 단지 예시로서 제공된 것이며 반드시 제공되어야 하는 것은 아니며, 예를 들어 호스, 스프링클러 또는 기타 장치를 통한 다른 헹굼 기술이 후처리의 일부로서 활용될 수 있다. 다른 실시예에서는, 튜브의 헹굼이 미리 상기 튜브를 세정하지 않고 수행될 수 있다.
헹굼 탱크(184)로부터 헹굼 및/또는 제거된 후, 일 실시예에서, 각각의 튜브가 도 15에 도시된 건조 서브 시스템(186)으로 이동될 수 있다. 건조 서브 시스템(186)은 튜브가 세정 및 헹굼 처리된 후 튜브를 건조시키도록 설계된다. 일 실시예에서, 건조 서브 시스템이 세정 없이 사용될 수 있다. 다른 실시예에서는, 건조 서브 시스템(186)이 레이저 절삭의 결과로서 튜브 상에 또는 튜브 내에 남아 있는 임의의 입자, 부스러기, 슬래그 또는 파편을 단순히 이동시키거나 송풍시키기 위해 세정 또는 헹굼 처리 없이 자체적으로 사용될 수 있다. 물 및/또는 파편으로 채워진 튜브의 슬롯/홀/기공은 머신 비전 검사를 위해 백라이트를 사용할 수 없으므로 튜브를 검사하기 전에 완전히 건조시켜야 한다. 일 실시예에서, 튜브 취급을 위해, 이 서브 시스템(186)은 검사 서브 시스템(122)과 유사한 개념 및 구성 요소를 사용할 수 있다. 예를 들어, 건조 시스템(186)은 구조상 프레임(188) 및 내부에 수용된 각각의 튜브를 수평 방향 또는 종방향[프레임(103)의 폭(W)에 대해]으로 고정하도록 구성된 고정 장치(192)를 포함할 수 있다. 프레임(188)은 프레임(180)과 동일하거나 별개일 수 있다. 프레임(188)은, 예를 들어, 길이(LD), 폭(WD) 및 높이(HD)를 갖는 공간에 획정될 수 있다.
일 실시예에서, 각각의 고정 장치(190)는 검사되는 튜브(135)를 유지 및 지지하는 데 사용되는 스프링 장전식 로드를 포함한다. 일 실시예에서, 로드는 튜브의 내경을 통해 또는 튜브의 내경으로부터 검사 중인 튜브를 유지 및 지지하도록 구성된다. 스프링 장전식 로드는, 예를 들어, 2개의 베어링에 의해 지지될 수 있으며, 튜브가 검사되는 동안 스프링 장전식 지지부에 대해 축방향으로 그리고 튜브와 함께 회전할 수 있도록 반경 방향으로 이동하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 고정 장치(들)(192)는 공압 피스톤 액추에이터에 의해 제어되어, 튜브를 검사 동안 제자리에 유지하기 위해 스프링 장전식 로드가 튜브(135)에 대해 가압될 수 있도록 한다. 고정 장치(192) 중 적어도 하나는 종방향 또는 수평 축선 B-B를 따라 시스템에 대해 내부에 장착된 각각의 튜브를 회전시키기 위해 고정 장치와 연관된 회전 장치(190), 예를 들어 서보 모터를 포함한다. 일 실시예에서, 각각의 고정 장치(192)는 회전 장치(190)를 포함한다.
건조 시스템(186)은 또한, 건조기(198), 열풍 송풍기 또는 히트 건 뿐만 아니라 공기 노즐(199)을 포함할 수 있고, 이러한 구성 요소는 각각 시스템(186)에 고정된 각각의 튜브를 건조시키기 위해 튜브를 향하는 전달 노즐을 구비한다. 건조 시스템(186)은 또한, 모션 제어기(제2 서보 모터 포함) 및 적어도 하나의 선형 슬라이드(194)를 포함할 수 있다. 제어기 및 슬라이드(들)는 고정된 튜브에 대해 건조기(198) 및 공기 노즐(199)을 이동시키기 위해 프레임(188)에 장착된 한 쌍의 가이드/추적 레일(196)과 연관될 수 있다. 일 실시예에서, 건조기(198) 및 공기 노즐(199)은 튜브에 대해 축선 B-B를 따라 수평 방향으로 전후로 이동되어[레일(196)을 따라 장치를 안내하는 서보 모터 및 슬라이드(194)를 통해], 튜브의 표면을 건조시키도록 구성된다. 건조 시스템(186)의 고정 장치(들)(192)는 공기 노즐(199) 및/또는 열풍 송풍기가 위에서 이동하는 동안 모터(190)를 통해 고정 튜브를 회전시킬 수 있다. 건조 시스템(186)의 공기 노즐(199)은 대부분의 물을 제거하기 위해 사용될 수 있다. 열풍 송풍기/건조기(198) 및 공기 노즐(199)은 각각의 장치의 전달 노즐로부터 공기를 공급하도록 설계된 압축기(도시하지 않음)에 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 공기 노즐(199)이 먼저 활성화된다. 대부분의 물이 제거된 후, 열풍 송풍기 또는 건조기(198)가 활성화되어 가열된 공기를 제공하여 이를 튜브 상으로 송풍시켜 나머지 물을 끓일 수 있다. 다른 실시예에서는, 공기 노즐(199) 및 건조기(198)가 교대로 활성화된다. 또 다른 실시예에서는, 공기 노즐(199) 및 건조기(198)가 동시에 활성화된다.
튜브가 후처리 서브 시스템(130)의 건조 시스템(186)에 의해 건조되고 나면, 로봇 암(102)이 튜브를 파지하여 튜브를 처리후 검사 서브 시스템(126)을 통한 검사를 위해 검사 서브 시스템(122)으로 이동시킨다.
전술한 예, 즉, 초음파 탱크(182), 헹굼 탱크(184) 및/또는 건조 서브 시스템(186) 각각의 사용은 선택 사항이며 반드시 후처리 서브 시스템(130)의 일부이어야 하는 것은 아님에 다시 한 번 유의하여야 한다. 즉, 후처리 서브 시스템(130)은 단일 장치, 예를 들어 초음파 탱크(182), 전기 연마기, 연마 세정 장치 등을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서는, 후처리 서브 시스템(130)이 헹굼 탱크만을 포함할 수 있고, 또는 건조 시스템/에어 노즐만을 포함할 수 있다.
도 3을 참조하여 일반적으로 언급된 바와 같이 생산 시스템(100)을 사용하는 방법에서 이전에 언급된 단계에 추가하여, 추가 단계가 또한 상기 방법에 포함될 수 있으며, 이것은 도 16 내지 도 23에 예시된 단계를 통해 확인될 뿐만 아니라 전술한 설명에 의해 이해되어야 한다. 도 16은 전체 생산 시스템의 등각도를 보여준다. 다른 많은 섹션과 마찬가지로 이 섹션에 의하면, 매우 일반적인 것이 유익하므로, 시스템의 배향 및 추가 스테이션의 추가 또는 제거와 관련하여 융통성이 있다. 생산 부품은 길이, 직경, 재료 및 전체 크기가 가변적이고 이러한 매개 변수가 변경될 수 있으므로 모호하여야 한다.
튜브는 로봇 암에 의해 각각의 서브 시스템 내외로 튜브를 이동시키는 방식으로 운반될 것이다. 이 공정은 로봇 암이 튜브 로더에서 튜브를 가져와 검사 시스템에 배치하는 것으로 시작된다. 검사 시스템은, 예를 들어, 튜브가 사양 이내에 있는지 확인하기 위해 진원도와 결함을 검사할 것이다. 튜브는 승인되고 나면 레이저 절삭 기계로 운반된다. 후처리 서브 시스템을 포함하는 시스템에서, 슬롯이 형성된/절삭된 튜브는 이후, 튜브가 후처리되는(예를 들어, 일 실시예에서 각각 초음파 세정, 헹굼 처리 및 건조되는) 후처리 서브 시스템으로 이동될 것이다. 후처리 이후, 튜브는 슬롯/홀 및 다공성이 필요한 사양 이내에 있는지 확인하기 위해 검사 시스템으로 다시 운반될 것이다. 대안으로서, 슬롯이 형성된/절삭된 튜브가 레이저 절삭 기계로부터 검사 시스템으로 이동될 수 있다. 승인된 튜브는 튜브 보관소 또는 완성 튜브로 보내져 포장 및 배송 준비될 수 있다.
전체 공정이 모든 다양한 시스템이 통신하는 방법을 제어하는 프로그램 가능 논리 제어기(PLC), 제어부 또는 컴퓨터[예를 들어, 워크 스테이션(106, 108, 110)]에 의해 자동화되며 제어될 수 있다. 조작자는 생산 중에 데스크에 있을 필요가 없으며 어떤 이유로든지 개입해야 하는 경우 조명으로 신호를 받을 것이다. 예를 들어, 처리후 검사 시스템을 사용하여 튜브를 검사한 후, 방법은 처리후 검사 시스템으로부터 튜브 입출력 서브 시스템(120)으로 로봇 암을 통해 튜브를 이동시키는 단계를 포함할 수 있다[튜브가 여과 튜브로 사용하기 위해 바닥 트레이(136)로 이동되는 것을 보여주는 도 23 참조]. 방법은 또한, 로봇 암이 검사에 실패한 각각의 튜브를 제2/중간 트레이(134)에 배치하도록 구성되는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 각각의 튜브를 검사하는 단계는 레이저 광학 마이크로미터로부터의 레이저로 각각의 튜브의 표면을 스캔함으로써 처리전 검사 시스템을 사용하여 튜브를 검사하는 단계(도 17 참조) 및/또는 카메라로 각각의 튜브의 표면을 스캔함으로써 처리후 검사 시스템을 사용하여 튜브를 검사하는 단계(도 22 참조)를 포함할 수 있다. 검사는 추가로, 처리전 검사 시스템 및/또는 처리후 검사 시스템의 적어도 일부를 튜브에 대해 수평 방향으로 이동시키는 단계, 회전 장치를 사용하여 튜브를 회전시키는 단계, 튜브의 표면을 스캔하는 단계를 포함할 수 있다. 튜브의 후처리는 레이저 절삭 후 튜브를 처리하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 후처리가, 예를 들어, 초음파 수조 탱크(도 19 참조) 또는 다른 세정 장치/시스템으로 튜브를 이동시켜 각각의 튜브를 세정하는 단계, 세정 후 튜브를 헹굼 탱크(도 20 참조)로 이동시켜 각각의 튜브를 헹굼 처리하는 단계, 및 튜브를 건조기 및/또는 건조 시스템(도 21 참조)으로 이동시켜 각각의 튜브를 건조시키는 단계를 포함할 수 있다. 각각의 튜브를 건조시키는 단계는 튜브에 대해 수평 방향으로 건조기를 이동시켜 튜브의 표면을 건조시키는 단계를 포함할 수 있다. 건조 공정은 또한, 건조기가 튜브의 길이를 따라 이동함에 따라 회전 장치를 사용하여 튜브를 회전시키는 단계를 포함할 수 있다.
생산 시스템(100)에 의해 처리되는 튜브의 길이가, 예를 들어, 1.1 m, 1.64 미터(1640 ㎜) 등으로 달라질 수 있다. 이에 따라, 서브 시스템(검사 시스템, 튜브 후처리 시스템, 및 튜브 입출력 시스템)의 부품의 길이가 처리되는 튜브의 길이에 따라 증가/감소할 수 있다. 레이저 절삭 시스템 지지부의 길이가 또한, 튜브의 길이에 따라 달라질 수 있다.
본 개시의 원리가 위에 설명된 예시적인 실시예에서 명확해졌지만, 본 개시의 실시에 사용되는 구조, 배열, 비율, 요소, 재료, 및 구성 요소에 대해 다양한 수정이 이루어질 수 있음이 당업자에게는 명백할 것이다.
따라서, 본 개시의 특징이 완전하고 효과적으로 달성되었음을 알 수 있을 것이다. 그러나, 전술한 바람직한 특정 실시예는 본 개시의 기능적 및 구조상 원리를 예시할 목적으로 도시 및 설명되었으며 이러한 원리에서 벗어나지 않고 변경됨을 인식할 것이다. 따라서, 본 개시는 아래의 청구 범위의 사상 및 범위 내에 포함되는 모든 수정을 포함한다.

Claims (27)

  1. 여과 튜브를 형성하기 위해 튜브를 처리 및 검사하기 위한 생산 시스템으로서:
    복수의 서브 시스템 사이에서 각각의 튜브를 이동시키도록 구성된 단일 6-축 로봇 암을 포함하며, 서브 시스템은:
    복수의 튜브를 유지하도록 구성된 튜브 입출력 서브 시스템으로서, 상기 단일 6-축 로봇 암이 처리용 튜브를 튜브 입출력 서브 시스템으로부터 인출하도록 구성되는 것인 튜브 입출력 서브 시스템;
    상기 단일 6-축 로봇 암에 의해 내부에 배치된 튜브를 수용하여 검사하도록 구성된 검사 시스템으로서, 이상, 결함 및 품질 문제 중 적어도 하나의 여부를 결정하기 위해 튜브의 표면을 스캔함으로써 튜브를 검사하도록 구성된 검사 시스템; 및
    상기 튜브를 레이저 절삭 시스템으로 이동시키는 상기 단일 6-축 로봇 암을 통해 튜브를 수용하도록 구성된 레이저 절삭 시스템으로서, 튜브의 벽에 그리고 벽을 관통하여 복수의 슬롯, 홀 및 기공 중 적어도 하나를 절삭하여 유체로부터 고체를 여과하도록 구성되는 여과 튜브를 형성하도록 구성된 레이저 절삭 시스템을 포함하고,
    상기 단일 6-축 로봇 암은 적어도 상기 튜브 입출력 서브 시스템, 상기 검사 시스템 및 상기 레이저 절삭 시스템 사이에서 각각의 튜브를 이동시키도록 구성되는 것인 생산 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 레이저 절삭 시스템에 의해 절삭된 튜브를 처리하기 위한 후처리 시스템으로서, 상기 단일 6-축 로봇 암이 레이저 절삭 시스템으로부터 후처리 시스템으로 튜브를 이동 시키도록 구성되는 것인 후처리 시스템을 더 포함하는 생산 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 검사 시스템은 처리전 검사 시스템 및 처리후 검사 시스템을 포함하며,
    튜브 입출력 서브 시스템으로부터 상기 단일 6-축 로봇 암에 의해 인출된 튜브를 수용하여 검사하도록 구성된 처리전 검사 시스템은, 상기 튜브의 치수 이상 및 결함 중 적어도 하나의 여부를 결정하고 처리전 검사를 통과한 상기 치수 이상 및 결함 중 적어도 하나가 없는 각각의 튜브를 결정하기 위해 튜브의 표면을 스캔함으로써 튜브를 검사하도록 추가로 구성되며,
    상기 단일 6-축 로봇 암에 의해 수집된 튜브를 수용하여 검사하도록 구성된 처리후 검사 시스템은, 레이저 절삭 시스템에 의해 절삭된 이후의 튜브의 적어도 품질 및 다공성을 결정하며 처리후 검사를 통과한 각각의 튜브를 결정하기 위해 튜브의 표면을 스캔함으로써 튜브를 검사하도록 추가로 구성되며,
    상기 단일 6-축 로봇 암은 처리후 검사 시스템으로부터 튜브를 이동시키도록 추가로 구성되는 것인 생산 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 튜브 입출력 서브 시스템에 의해 유지되는 복수의 튜브는, (a) 미처리 및 미검사 튜브, (b) 검사 시스템을 통한 검사의 결과로서 검사에 실패한 튜브, 및 (c) 레이저 절삭 시스템을 통해 절삭된 후 검사를 통과하였으며 여과 튜브로서 사용하도록 구성되는 튜브를 포함하며,
    상기 단일 6-축 로봇 암은 검사 시스템에 의한 검사를 위해 미처리 및 미검사 튜브로부터 처리용 튜브를 인출하도록 구성되며,
    상기 단일 6-축 로봇 암은 튜브를 검사 시스템으로부터 튜브 입출력 서브 시스템의 여과 튜브로 이동시키도록 구성되는 것인 생산 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 튜브 입출력 서브 시스템은 미처리 및 미검사 튜브를 유지하기 위한 제1 트레이, 검사에 실패한 튜브를 유지하기 위한 제2 트레이, 및 여과 튜브로서 사용하도록 구성된 튜브를 유지하기 위한 제3 트레이를 포함하는 것인 생산 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 각각의 트레이는, 생산 시스템이 배치되는 바닥을 가로 질러 연장되는 수평면에 대해 상방으로 또는 하방으로 0보다 큰 각도로 잠금 고정되도록 구성되는 것인 생산 시스템.
  7. 제5항에 있어서, 각각의 트레이는 트레이의 표면을 따라 튜브를 수용하며 안내하기 위한 수용 슬롯을 포함하는 것인 생산 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 검사 시스템은 튜브의 표면을 스캔하기 위한 레이저 광학 마이크로미터를 포함하는 것인 생산 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 검사 시스템은 검사 동안 튜브의 표면을 스캔하기 위한 카메라를 포함하는 것인 생산 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 검사 시스템은 프레임, 튜브를 수평 방향으로 내부에 고정하도록 구성된 고정 장치, 및 검사 시스템에 대해 튜브를 회전시키기 위한 회전 장치를 포함하는 것인 생산 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 검사 시스템은, 고정된 튜브에 대해 수평 방향으로 이동하고 회전 장치에 의해 회전됨에 따라 튜브의 표면을 검사 및 스캔하도록 구성되는 것인 생산 시스템.
  12. 제10항에 있어서, 검사 시스템은, 고정된 튜브에 대해 검사 시스템을 이동시키기 위해 프레임에 장착된 한 쌍의 추적 레일 및 모터를 추가로 포함하는 것인 생산 시스템.
  13. 제2항에 있어서, 후처리 시스템은, 튜브를 세정하기 위한 세정 시스템, 초음파 수조 탱크, 전해 연마 시스템, 비드 블라스팅 시스템, 샌드 블라스팅 시스템, 및 연마 세정 장치 중의 적어도 하나를 포함하는 것인 생산 시스템.
  14. 제2항에 있어서, 후처리 시스템은, 튜브를 헹굼 처리하기 위해 내부에 헹굼제를 포함하는 헹굼 탱크를 포함하는 것인 생산 시스템.
  15. 제2항에 있어서, 후처리 시스템은 튜브를 건조시키도록 구성된 건조기를 포함하며, 건조 시스템의 건조기는 고정된 튜브에 대해 수평 방향으로 이동하여 튜브의 표면을 건조시키도록 구성되는 것인 생산 시스템.
  16. 제1항에 있어서, 유체로부터 고체를 여과하도록 구성되는 여과 튜브를 형성하기 위해 상기 단일 6-축 로봇 암을 통해 내부에 배치된 튜브의 벽에 그리고 벽을 관통하여 복수의 슬롯, 홀 및 기공 중 적어도 하나를 절삭하도록 구성되는 추가의 레이저 절삭 시스템을 더 포함하는 생산 시스템.
  17. 복수의 튜브를 유지하도록 구성된 튜브 입출력 서브 시스템, 검사 시스템, 및 레이저 절삭 시스템을 포함하는 복수의 서브 시스템 사이에서 튜브를 이동시키도록 구성된 6-축 로봇 암을 포함하는 생산 시스템을 사용하여 여과 튜브를 처리 및 검사하기 위한 방법으로서,
    상기 6-축 로봇 암을 사용하여 튜브 입출력 서브 시스템으로부터 처리용 튜브를 인출하는 단계;
    상기 6-축 로봇 암을 사용하여 튜브를 검사를 위해 검사 시스템으로 이동시키는 단계;
    상기 튜브의 이상, 결함 및 품질 문제 중 적어도 하나의 여부를 결정하며 검사를 통과했거나 결함이 있는 튜브를 결정하기 위해 검사 시스템을 사용하여 튜브의 표면을 스캔함으로써 튜브를 검사하는 단계;
    상기 6-축 로봇 암을 사용하여 검사된 튜브를 레이저 절삭 시스템으로 이동시키거나, 그렇지 않으면 결함이 있는 튜브를 상기 6-축 로봇 암을 사용하여 튜브 입출력 서브 시스템으로 다시 이동시키는 단계; 및
    각각의 튜브 통과 검사에 대해, 유체로부터 고체를 여과하도록 구성되는 여과 튜브를 형성하기 위해 레이저 절삭 시스템을 사용하여 튜브의 벽에 그리고 벽을 관통하여 복수의 슬롯, 홀 및 기공 중 적어도 하나를 절삭하는 단계
    를 포함하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 생산 시스템은, 레이저 절삭 시스템에 의해 절삭된 튜브를 처리하기 위한 후처리 시스템으로서, 상기 6-축 로봇 암이 레이저 절삭 시스템으로부터 후처리 시스템으로 튜브를 이동시키도록 구성되는 것인 후처리 시스템을 더 포함하고,
    상기 6-축 로봇 암을 사용하여 절삭 튜브를 레이저 절삭 시스템으로부터 후처리 시스템으로 이동시키는 단계; 및
    후처리 시스템을 사용하여 레이저 절삭 시스템에 의해 절삭된 튜브를 처리하는 단계를 더 포함하는 방법.
  19. 제17항에 있어서, 절삭 이후,
    상기 6-축 로봇 암을 사용하여 튜브를 레이저 절삭 시스템으로부터 검사 시스템으로 이동시키는 단계; 및
    레이저 절삭 시스템에 의해 절삭된 이후의 튜브의 적어도 품질 및 다공성을 결정하며 검사를 통과한 튜브를 결정하기 위해 튜브의 표면을 스캔함으로써 검사 시스템을 사용하여 튜브를 검사하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 6-축 로봇 암은 검사에 실패한 각각의 튜브를 제1 트레이에 배치하도록 구성되며, 상기 6-축 로봇 암은 검사를 통과한 각각의 튜브를 제2 트레이에 배치하도록 구성되는 것인 방법.
  21. 제17항에 있어서, 검사 시스템은 레이저 광학 마이크로미터를 포함하며, 검사 시스템을 사용하여 튜브를 검사하는 단계는 레이저 광학 마이크로미터로부터의 레이저로 튜브의 표면을 스캔하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  22. 제17항에 있어서, 검사 시스템은 카메라를 포함하며, 검사 시스템을 사용하여 튜브를 검사하는 단계는 카메라로 튜브의 표면을 스캔하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  23. 제17항에 있어서, 검사 시스템에 의한 검사 단계는, 검사 시스템의 적어도 일부를 튜브에 대해 수평 방향으로 이동시키는 단계, 회전 장치를 사용하여 튜브를 회전시키는 단계, 및 튜브의 표면을 스캔하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  24. 제18항에 있어서, 후처리 시스템은 세정 시스템, 초음파 수조 탱크, 전해 연마 시스템, 비드 블라스팅 시스템, 샌드 블라스팅 시스템 및 연마 세정 장치 중 적어도 하나를 포함하며,
    튜브의 후처리는 상기 시스템, 탱크 또는 장치 중 적어도 하나를 사용하여 튜브를 세정하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  25. 제18항에 있어서, 후처리 시스템은 내부에 헹굼제를 포함하는 헹굼 탱크를 더 포함하며, 튜브를 후처리하는 단계는 튜브를 헹굼 처리하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
  26. 제18항에 있어서, 후처리 시스템은 건조기를 포함하며, 튜브를 후처리하는 단계는 건조기를 튜브에 대해 수평 방향으로 이동시킴으로써 튜브를 건조시키는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
  27. 제1항에 있어서, 상기 단일 6-축 로봇 암은, 상기 검사 시스템에 의한 상기 튜브의 검사 결과에 기초하여, 검사된 튜브를 상기 검사 시스템으로부터 상기 레이저 절삭 시스템으로 이동시키거나 상기 튜브 입출력 서브 시스템으로 되돌리도록 구성되는 것인 생산 시스템.
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