KR20140034816A - 휴대형 광학 측정 검사 시스템 - Google Patents

휴대형 광학 측정 검사 시스템 Download PDF

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스콧 티. 머캐피
윌리엄 제이. 그린
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스마트 인스펙션 시스템즈, 엘엘씨
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Abstract

정밀 제조 부품의 치수 검사를 위한 통합 자동화 3D 광학 스캐닝 및 컴퓨터 보조 검사 시스템이 개시된다. 본 시스템은 안정성 개선을 위해 리트랙터블 지지 피트(retractable support feet)와, 휴대성을 위해 잠금가능한 고정 바퀴를 갖는 휴대형 캐비넷 내에 근간을 둔다. 캐비넷은 부품 배치 영역 내에 위치한 다-축 회전 로봇 암 위에 위치하는 광학 계측 스캐너를 갖는 부품 배치 영역을 더 포함한다. 로봇 암은 광학 계측 스캐너의 시야 내에 부품을 파지 및 조작하도록 구성 및 배열된다. 로봇 암은 기저부를 회전 및 틸트시키기 위한 다-축을 제공하여, 부품의 실질적으로 모든 표면을 스캔할 수 있게 한다. 치수 비교 및 분석 소프트웨어 애플리케이션은 부품 컴퓨터 보조 설계(CAD) 모델에 표시된 치수의 추출에 더하여 기하 공차를 제공한다.

Description

휴대형 광학 측정 검사 시스템 {PORTABLE OPTICAL METROLOGY INSPECTION STATION}
본 발명은 백색광 스캐닝을 포함한, 3D 광학 측정 분야에 관한 것이고, 특히, 정밀 제조 부품의 고속 치수 검사를 위한 통합 자동화 3D 광학 스캐닝 및 컴퓨터 보조 검사 시스템에 관한 것이다.
광학 스캐닝으로 흔히 알려진 수동 3D 디지털화는, 풀-스펙트럼 광학 측정, 제한 스펙트럼(가령, 발광 다이오드), 및 레이저를 포함한, 장비 및 소프트웨어를 이용한다. 통상적으로, 사람은 센서 전방에 부품을 배치 및 위치시키거나 부품 및 센서를 이동시켜서 부품 표면을 표면 디지털화시킨다. 이어서, 스캔 파일이 포스트-프로세싱 컴퓨터 보조 검사 공정 워크스테이션에 수동으로 전달되어, 파일이 1차원 비교 및 분석 소프트웨어 애플리케이션에서 열린다. 기하학적 순응도 및 편차가 발견되고, 부품 컴퓨터 보조 설계(CAD) 모델 및/또는 청사진에 에 표시된 치수가 추출된다. 이 정보가 후속 평가 및 부품 품질 결정을 위해, 그리고 제조 과정 최적화를 위해, 합격/불합격 결정 리포트, 부분 차원 검사 리포트, 또는 완전 치수 검사 리포트에서 보고될 수 있다.
이러한 산업에서 전문가로 간주되는 출원인은 트리포드-마운트 또는 T-마운트 기반 3D 광학 스캐너의 이용에 대부분 기초하여 가용한 가장 정교한 장비를 이용하여, 많은 다른 제조 부품 및 산물 가운데서, 터빈 엔진 구성요소 및 의료 장치 구성요소에 대해 12년 동안 컴퓨터 보조 검사를 수행하고 있다. 수동으로 작동될 때, 이러한 3차원 표면 디지털화 시스템을 이용하여 거의 임의의 크기의 물체를 스캔할 수 있다. 시각적 액세스 및 디지털화용으로 모든 부품 표면을 어드레싱하기 위해 스캐너를 부품 주위로 이리저리 이동시키는 것은 느리고 고지식한 작동법이다. 스캐너의 움직임과 조율하여 부품을 이동시키도록 1-축 회전 또는 2-축 틸트 및 회전 테이블을 이용함으로써 스캐닝-프로세싱 속도가 제한된 정도만큼 증가할 수 있다.
다른 광학 스캐너 시스템은 스캔되는 부품 주위로 기본 조작기와 함께 스캐너 센서를 이동시키려 시도한다. 또 다른 시스템은 종래의 받침대(바닥-장착형) 로봇 상에 센서를 배치하였고, 부품은 회전 테이블 상에서 스캔된다. 이러한 시스템들은 진동 문제 및 센서 및/또는 부품 움직임의 문제점을 지니고 있어서, 스캔 데이터의 정확도 및 유용성을 매우 저하시킨다. 계측 반복성 및 재현성(Gauge R&R) 연구와, 검사 결과는, 이러한 문제점들이 계통적인 것이고 센서 및 부품 조작기의 안정성 불량으로부터 발생하는 것임을 보여주었다. 현재 컴퓨터 보조 검사 워크스테이션의 수동 작동은 광학 스캐너와 관련된 적절한 부품 배치를 보장하기 위해 고도로 숙련된 기술자를 요구한다.
전형적인 광학 스캐너 출력은 스캐너 컴퓨터 상에서, 또는, 바람직하게는, 스캐너 컴퓨터 용량을 차지 및 소모하지 않는 별도의 워크스테이션 컴퓨터 상에서, 사후-프로세싱되는 포인트-클라우드 또는 다각형화-메시 파일이다. 사후-프로세싱(post-processing)은 컴퓨터 보조 검사 프로세스의 전형적인 이미징(illustration), 분석, 검사, 및 보고 기능을 발생시키는 단계다. 이는 통상적으로 분리된 2개의 순차적 단계로 수행된다.
Steinbichler, 등의 미국특허 제7,436,522호는 물체의 3D 좌표를 결정하기 위한 방법을 개시한다. 물체의 부분 표면의 3D 좌표는 하나 이상의 검출기를 포함하는 3D 스캐너에 의해 결정되고, 상기 3D 스캐너의 위치는 추적 장치에 의해 결정된다. 물체의 인접한 부분 표면의 3D 좌표는 3D 측정 장치에 의해 결정된다. 인접한 부분 표면의 오버랩 영역의 3D 좌표들은, 스태킹 에러가 최소로 유지되도록 하는 방식으로 개별 스캔들을 병합하는 매칭법에 의해 함께 놓인다.
Wihl의 미국특허 제6,917,421호는 물체의 특징부의 크기를 평가하기 위한 시스템 및 방법을 지향한다. 시스템은 복수의 컬렉터와 실질적으로 동시에 복수의 초점 평면에서 광으로 시편을 스캔하도록 구성되는 조사 시스템을 포함한다. 복수의 초점 평면 중 하나로부터 되돌아오는 거의 모든 광은 집광기 중 하나에 의해 집광될 수 있다. 추가적으로, 시스템은 상대적 세기를 이용하여 시편의 상측 표면에 실질적으로 수직인 방향으로 특징부의 치수를 평가하도록 구성되는 프로세서를 포함할 수 있다.
Hearn 등의 미국특허 제6,532,064호는 3D 반투명 물체에서 이상 검출을 위한 자동 검사 장치를 지향한다. 이 장치는 이미지 프로세싱 유닛 및 이미지 캡처 장치를 포함하는 스캔 헤드 조립체와, 제 1 및 제 2 광원, 그리고 컨베이어를 갖는다. 본 개시문은 이미지 캡처 장치 및 광원의 실질적으로 공통인 축을 따라 위치하는 광 차단 부재를 지향한다.
Decker의 미국공개특허출원 제2002/0057438호는 표면 토포그래피를 획득하기 위한 방법 및 장치를 지향한다. 표면 토포그래피는 하나의 광학적 시야로부터 광의 패턴을 이용하여 조사원에 의해 획득되고, 표면으로부터 반사된 광은 조사 시야와는 다른 광학적 시야로부터 이미지 센서에 의해 캡처된다. 획득되는 이미지는 표면의 이미지로서, 표면 상에 중첩되는 하나 이상의 패턴을 갖는다. 표면 토포그래피는 패턴처리된 이미지 데이터, 조사원과 이미징 센서 사이의 알려진 유격, 그리고, 광의 패턴이 조사원으로부터 어떻게 투사되는지에 관한 지식에 기초하여 프로세서를 이용하여 연산된다.
Paterson, 등의 미국공개특허출원 제2009/0080036호는 스캐너 장치, 표적 및 프로세서를 포함하는 스캐너 시스템 및 방법을 지향한다. 스캐너 장치는 패턴처리된 광을 투사하기 위한 방출기와, 물체의 이미지를 캡처하기 위한 센서를 포함한다. 표적은 프로세서로 하여금 물체에 대한 센서의 위치를 결정할 수 있게 하도록 물체와 동시에 센서에게 보이는 지정 특징부를 갖는다. 이는 물체의 3차원 모델을 발생시키고, 패턴처리된 광이 그 위에 투사된다. 스캐너는 물체를 지향성으로 조사하기 위한 광원을 더 포함하고 센서는 조사되는 물체의 이미지를 캡처하도록 배열된다. 프로세서는 서로 다른 방향으로부터 조사될 때 물체에 대한 광도계 데이터(photometric data)의 세트를 발생시킨다. 프로세서는 기하학적 데이터와 광도계 데이터를 조합하여, 기하학적 정보와 함께 공간적으로 등록된 광도계 정보와 함께 물체 상에 기하학적 정보를 포함하는 모델을 출력한다.
시스템이 이음새없는 일체형 구성요소들을 이용하지 않을 때, 특히, 독립형 자동화 시스템에서, 처리 단계들에 대한 연관된 손실 시간과 함께 사람에 의해 유도되는 에러를 제거하기 위해 조작자 취급을 감소시키거나 심지어 제거하면서, 광학적 계측 및 컴퓨터 보조 검사과 함께 3D 스캐닝으로부터 가용한 정확하고 종합적인 차원의 검사 결과를 획득하는 휴대형 시스템 및 방법이 당 업계에서 요구되고 있다.
정밀 제조 부품의 치수 검사를 위한 통합 자동화 3D 광학 스캐닝 및 컴퓨터 보조 검사 시스템이 개시된다. 본 시스템은 안정성 개선을 위해 리트랙터블 지지 피트(retractable support feet)와, 휴대성을 위해 잠금가능한 고정 바퀴를 갖는 휴대형 프레임에 기초한다. 필요할 경우, 지지 피트는 진동을 갖는 바닥으로부터 시스템을 분리시키기 위해 진동 감쇠 쿠션 또는 베어링을 이용하여 개선될 수 있다. 프레임은 부품 배치 영역 내 그리퍼(gripper)와 함께 다-축 로봇 암 부품 프리젠터 포지셔너(part presenter positioner) 위에 위치하는 광학 계측 스캐너와 함께 부품 배치 영역을 포함하고, 그리퍼는 상기 부품에 대해 특정하다. 로봇 암은 스캐너의 시야 내에서 부품을 파지 및 조작하도록 구성 및 배열된다. 로봇 암은 거의 또는 전혀 사람 개입없이 실질적으로 모든 필요 표면을 스캔할 수 있도록 다-축 회전 및 틸트 기동성을 제공한다. 프레임 내에 장착되는 컴퓨터 컨트롤러는 스캐너 및 로봇 암에 전기적으로 연결되고, 일 부품 또는 일련의 부품 스캔에 대한 분석, 검사, 및 보고 작동을 묶음-처리하기 위한 스캔 파일을 생성한다. 치수 비교 및 분석 소프트웨어는 CAD 모델 및/또는 블루프린트에서 표시되는 치수의 추출에 더하여, 기하학적 등각성/편차를 제공하며, 임의의 요망되는 검사가 3차원적으로 비교된다. 합격/불합격 결정, 부분 치수 검사 리포트, 또는 완성 치수 검사 리포트가 발생되어 요건을 충족시킨다. 본 발명은 고속, 자동화, 종합, 및 정확한 치수 품질 검사 기능에 있어 고유 설계이고 돌파구(breakthrough)다.
광학 스캐닝 및 컴퓨터 보조 검사가 제공하는 측정 정확도 및 광범위함의 주된 장점에 추가하여, 추가적인 장점은, 고속 검사, 용이한 배치, 사용자/조작자 가독성, 제조 샵-바닥 적용성, 및 기타 프로세스, 애플리케이션, 및 작동 장점이다.
본 발명의 일 목적은 매우 적은 분 수 내에 다양한 크기의 복합 및/또는 정밀 제조 부품의 요망 표면을 준-완전하게 디지털화할 수 있는, 그리고, 동일한 독립형 시스템에 대해 자동적으로 포스트-프로세싱 분석 및 검사 작동을 동시에, 순차적으로, 또는 병렬로 수행하는, 검사 스테이션을 제공하는 것이다. 프로세스 작동의 시퀀스는, 부품 프리젠터 포지셔너가 3D 카메라/스캐너의 시야 내에 부품을 배치하고 있을 때, 사람 또는 기계적 시스템이 부품을 고정하여 보지하기 위한 부품-특정 그리퍼를 갖는 부품 프리젠터 포지셔너에 검사될 부품을 배치하는 과정을 포함한다. 부품-특정 검사 루틴, 데이터 엔트리 또는 바-코드 스캔 론칭을 선택하기 위한 풀-다운 메뉴 또는 다른 수단, 그 후 CAD 모델에 대한 정렬, 그리고, 자동화 CAI 루틴의 검사 프로세스가 구성된다. 측정 및 분석 프로그래밍은 임의의 레벨의 측정에 대해 기-설치되어 전달될 수 있고, 허용될 경우, 인터넷을 통해 스마트 검사 시스템에 의해 시간이 지남에 따라 추가되거나 원격으로 업데이트될 수 있다. 검사 리포트 출력은 고도로 가변적인 것일 수 있어서, 간단한 합격/불합격 결정으로부터, 기하 공차(GD&T)를 포함한 풀 치수 검사까지의 범위를 가지며, 이는 연관된 부품 가공 설계 또는 검사 도면에 설명된 바와 같다.
본 발명의 다른 목적은 센서, 시야 렌즈, 부품 그리퍼, 부품 프리젠터, 소프트웨어 애플리케이션, 컨트롤러, 및 컴퓨터를 포함하는 가변형 또는 상호교환가능형 구성요소들로 배치가능한 검사 스테이션을 제공하는 것이다. 이러한 구성요소들은 복수의 표준 및 주문 시스템 배치로 하여금 합리적으로 넓은 범위의 부품 크기, 복잡도, 양, 치수 허용공차, 스캔 데이터 포인트 밀도, 검사 프로세스 속도, 및 분석 출력 포맷을 수용할 수 있게 한다. 파일은 단순한 스캔 파일로부터, 완성 치수 검사 보고를 통해, 그리고 기업 통계 프로세스 제어(SPC) 및 다른 기업/품질/생산 관리 시스템 내로 직접 검사 출력 정보를 통합/전달하는 과정을 통해, 합격/불합격 리포트(심지어 청색등/적색등을 구비)까지의 범위를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 본 발명의 소정의 실시예를 예시적인 측면에서 제시하는 첨부 도면과 연계하여 주어지는 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 여기 포함된 임의의 도면은 본 명세서의 일부를 구성하고, 본 발명의 예시적인 실시예를 포함하며, 본 발명의 다양한 목적 및 특징들을 예시한다.
도 1은 검사 스테이션의 사시도이고,
도 2는 구성요소 재구성을 예시하는 검사 시스템의 사시 단면도이며,
도 3은 부품 프리젠터 포지셔너 조립체의 사시도이고,
도 4는 부품 프리젠터 포지셔너의 측면도이며,
도 5는 부품 프리젠터 포지셔너의 정면도이고,
도 6은 자동 검사 스테이션 프로세스의 순서도다.
본 발명은 다른 장점들 가운데서도, 부품 배치, 프로세스 최적화, 품질 제어, 생산 스테이지 모니터링, 및 통계 프로세스 제어를 위해 가변적 레벨의 경향성과, 추적가능성과, 발견가능성 있는 결과를 보고하는, 부품을 수령하고 요망 검사 출력 결과를 생산하는데 요구되는 모든 프로세스 단계들을 신속히 수행하는, 통합 자동 광학 계측 3D 스캐너, 부품 프리젠터, 및 컴퓨터 보조 검사 시스템이며, 이 모두는 검사될 부품의 삽입 및 "시작"의 선택을 넘어, 최소의 비-기술적 조작자 노력을 갖는다. 이러한 검사 부품 삽입은 사람 조작자를 완전히 제거하도록 쉽게 자동화될 수도 있다.
이제 도 1을 참조하면, 기저부(12), 상부(14), 및 2개의 측벽(16, 18)을 갖는 소형 풋프린트를 차지하도록 전용으로 설계된 검사 스테이션(10)의 도해가 제시된다. 검사 스테이션의 측벽(16, 18)은 조립, 수리, 및 배치를 용이하게 하는 구성요소들의 랙 스타일 장착을 제공하도록 구성 및 배열된다. 검사 스테이션의 작동은 전용 컴퓨터(26)에 의해 제어되고, 상기 컴퓨터는 복수의 프로세서를 이용한 병렬-프로세싱, 하이퍼-스레딩, 및 초고속 버스 속도를 포함한다. 컴퓨터는 다량의 RAM, 고급형 그래픽 프로세싱 유닛(GPU), 및 네트워크 액세스를 갖는 것이 선호되는 실질적 저장 드라이브를 포함한다. 종래의 키보드(20) 및 커서 컨트롤러(22)는 컴퓨터(26)에 연결되고, 디스플레이 스크린 모니터(24)에 디스플레이 이미지가 투영된다. 3D 광학 카메라/스캐너가 부품 프리젠터 포지셔너(40) 위에 배치된다. 광학 스캐너는 부품의 요망 표면을 디지털화하고, 동일한 독립형 시스템 상에서 자동적으로, 사후-프로세싱 분석 및 검사 작동을 동시에, 순차적으로, 또는 병렬로 수행한다. 검사될 부품은 상기 부품에 대해 특정한 그리퍼와 함께, 부품 프리젠터 포지셔너(40) 내에 고정하여 위치하며, 배치되는 상기 부품 프리젠터는 3D 카메라/스캐너의 시야에서 회전한다. 데이터 입력 또는 스캔의 바-코드 스캔 론칭, CAD 모델에 대한 정렬, 및 자동화 CAI 루틴 내의 검사 프로세스를 허용함으로써, 스크린 모니터(24) 상에 디스플레이되는 풀-다운 메뉴를 이용하여 부품-별 검사 루틴을 추적 및 초기화한다. 검사 보고서 출력은, 연관된 부품 가공 설계 또는 검사 도면에서 설명되는 바와 같이, 기하 공차(GD&T)를 포함하여, 단순 합격/불합격 결정으로부터 풀-디멘전 검사까지 범위에 걸쳐, 고도로 가변적일 수 있다. 검사 스테이션(10)은 센서, 시야 렌즈, 대안의 부품 그리퍼 및 부품 프리젠터, 소프트웨어 애플리케이션, 컨트롤러, 및 컴퓨터를 포함하는 상호교환가능한 구성요소들과 함께 배치가능하다.
워크스테이션은, 작동 환경에서 필요할 경우, 무정전 전력 공급원(UPS) 및 선택적인 공조기와 함께 완성되는, 단일의 강력한 산업용 서버-스타일 캐비넷인 것이 바람직하고, 시스템의 어느 특정 부품에 대해 인가된 액세스만을 가능하게 하는 잠금가능한 도어를 포함할 수 있으며, 시스템 이동성을 위해 고정 바퀴(locking caster) 상에 장착될 수 있다. 시스템은 검사 작동을 위해 배치될 때 캐비넷 안정성과, 작동을 위한 단일 파워-플러그의 단순성, 그리고 이에 더하여 데이터 및 리포트 전달 및 시스템으로부터의 오프-로드를 위한 이더넷 네트워크 연결을 포함한다.
이용되는 광학적 계측 스캐너는 삼각법의 원리에 기초하는 선택적 3차원 기하 측정 시스템이다. 물체 표면 디지털 모델을 생성하기 위해, 구조화된 광원을 잉요하여 물체 상의 제어되는 프린지 또는 라스터 패턴을 투영한다. 부품 표면 상에서의 이러한 프린지 패턴 및 그 모션은 디지털 카메라를 이용하여 고해상도 이미지로 레코딩된다. 이러한 카메라에 의해 수득되는 데이터는 물체의 전체 표면의 고도로 정확하고 정밀한 이미지를 생성하는데 사용된다. 콘트래스트 측정 시스템 및 장치가 물체 상에 작은 한 세트의 랜드마크 측정치들을 제공하지만, 선택적인 계측 3차원 스캐닝은 임의의 3D 물체의 전체 표면을 완전히 캡처할 수 있다. 스캐너는 초당 수만개의 데이터 포인트를 얻을 수 있고, 고도로 자동화된 프로세스는 일관성 및 품질을 보장한다. 이러한 고도로 정확하고 완전한 3차원 디지털 모델이 그 후 물체의 원래 CAD 모델과 비교되고, 둘 사이의 임의의 기하학적 변화가 "칼라 도표"에 생생하게 도시되며, 조정가능한 허용공차 범위와, 완전한 표의 측정 및 편차 수치들이 함께한다. 이러한 칼라 도표 보고서로부터 해석 및 이해의 용이성 증가는 이러한 기하학적 측정 및 품질 분석 방법의 핵심적 장점 중 하나다. 이 프로세스는 생산 임플러멘테이션 이전, 또는 연장된 사용 주기 이후 및/또는 제품 재제조, 등 이후와 같이, 빠르고 정확한 제품 검사를 가능하게 한다. 실제 제품에 대한 CAD 모델의 비교 분석은 결함을 식별할 수 있게 한다. 추가적으로, 광학적 계측 3차원 스캐닝이 전체 물체를 아우르는 비파괴 분석이기 때문에, 스캐닝 프로세스 중 수득되는 데이터에 기초하여 물체를 역설계하는 것이 가능하다. 이로써, CAD 데이터가 전혀없는 부품을 재제조할 수 있다. 광학적 계측 스캐닝은 제품의 설계 및 개발에서, 그리고, 수명 사이클 중 임의의 지점에서 제품의 제조 및 검사를 위한 세공 및 고착에서 중요한 툴이다.
프로세싱을 위해 그리퍼에 의해 보지되는 부품 프리젠터 포지셔너(40) 상에 일례의 부품(100)이 도시된다. 조작자는 키보드(20) 및 마우스를 이용하여 검사 스테이션을 제어하고, 디스플레이 스크린(24) 상에 제공되는 질의어에 응답한다. 부품 프리젠터 포지셔너는 컴퓨터 발급 명령에 따라 부품(100)을 배치하고, 광학 스캐너(70)가 지정된 부품 파라미터에 대한 비교를 위해 스캔을 개시한다. 제거가능 랙을 이용하여 구성요소를 하우징하도록 구성 및 배열되는 검사 스테이션(10)의 도해가 도 2에 도시된다. 키보드 트레이 및 마우스가 상측 랙(25) 상에 배치될 수 있다. 컴퓨터(26)는 상측 랙(25) 아래에 도시되는 바와 같이 장착되는 랙일 수 있고, 센서/로보트 컨트롤러는 수치(27)로 표시되는 바와 같이 장착되는 랙이다. 광학 스캐너(70)는 랙(71) 내에서 부품 프리젠터 포지셔너 주위로 보지된다. 부품 프리젠터 포지셔너(40)는 적어도 하나의 2축 로보트 조립체이고, 광학 스캐너(70) 아래에 배치가능한 기저부(42)를 갖는 3축 또는 4축 로보트 조립체일 수 있다. 부품 프리젠터 포지셔너(40)는 랙(39)에 고정되어 배치를 쉽게 하는 것으로 도시된다.
부품 프리젠터 포지셔너 랙은 센서, 부품 그리퍼, 및 부품 프리젠터를 포함하는 상호교환가능한 구성요소들을 가능하게 하여, 복수의 표준 및 주문형 시스템 구성으로 하여금 합리적으로 넓은 범위의 부품 크기, 복잡도, 양, 치수 허용공차, 스캔 데이터 포인트 밀도, 검사 프로세스 속도, 및 분석 출력 포맷을 수용할 수 있게 한다. 부품 프리젠터 포지셔너 내에 배치되는 부품은 기프로그래밍된 소프트웨어 애플리케이션을 이용하여 치수 비교 및 분석을 위해 스캔되며, 부품 컴퓨터 보조 설계(CAD) 모델 및 청사진에 표시된 해당 치수들의 치수 추출 및 기하학적 등각성/편차가 3차원적으로 비교된다.
이제 도 3을 참조하면, 부품 프리젠터 포지셔너(40)가 랙(39) 내에 도시되고, 상기 랙은 전방(43) 및 후방(45) 부착 벽체를 갖는다. 부품 프리젠터 포지셔너는 부품 그리퍼로 작동하는 기저부(42)를 포함한다. 그리퍼 기저부(42)는 교정 아티팩트 홀더를 형성하도록 차후에 도면에 도시되는 바와 같이 제 1 제어 모터를 이용함으로써 원형 회전할 수 있다. 그리퍼 기저부(42)는 컴퓨터를 통해 발급되는 명령에 따라 제 2 제어 모터를 이용함으로써 또한 경사질 수 있다. 추가적으로, 그리퍼 기저부(42)는 트랙(47)을 따라 수직으로 상승할 수 있다. 도 4 및 도 5는 부품 프리젠터 포지셔너를 더 예시하며, 이 경우 그리퍼 기저부(42)가 수평 연장부(48) 및 수직 연장부(50)를 갖는 L-형상 브라켓(46)에 고정되는 것으로 도시된다. 가로대(cross brace)(49)를 이용하여 수평(48) 및 수직(50) 연장부 사이의 강성을 보장한다. 수평 기저부(42)는 제 1 구동 모터(44)를 이용함으로써 L-형상 브라켓(46)에 회전가능하게 연결된다. 구동 모터(44)는 컴퓨터에 의해 제공되는 명령에 응답하여 기저부(42)를 회전시킬 수 있고, 이는 기프로그래밍된 명령에 따른 자동 회전일 수 있다. 제 2 모터(52)가 지지 기저부(56)의 상측 섹션(64)에 부착되고, 모터는 L-형상 브라켓(46)의 각도 조정을 제공하고, 따라서, 그리퍼 기저부(42)의 각도를 조정한다. 지지 기저부(56)는 랙(49)에 고정하기 위한 결합 파스너(60)를 갖는 하측 섹션(62)을 포함한다. 상측 섹션(64)과 하측 섹션(62) 사이의 강성을 유지하기 위해, 지지 브라켓(66)을 이용함으로써, 반복가능한 배치를 유지하면서 경량 브라켓 물질을 이용할 수 있다.
앞서 언급한 광학 계측 스캐너(70)를 이용하여, 디지털화, 치수 분석 수행, 검사, 및 부품 스캔에 대한 리포트 발생을 위해, 그리퍼 기저부(42) 상에 배치되는 임의의 부품을 스캔할 수 있다. 부품 프리젠터 포지셔너(40)는 회전 및 틸트 기능으로 부품을 조작하여, 부품의 거의 모든 표면을 스캔에 가용하게 한다. 도시되지 않는 다양한 그리핑 물질이 광학 계측 스캐너의 시야 내에서 제시 및 조작될 수 있고, 부품 프리젠터 포지셔너(40)는 거의 또는 전혀 사람 개입없이 기동가능한 2, 3, 또는 4-축 회전 및 틸트 및/또는 선형 변환 컴퓨터-제어/통합 부품 프리젠터 포지셔너를 형성하는 프리젠터 포지셔너를 갖는, 본질적으로 로봇 암이다. 인력 접근은 패스워드 또는 RFID 액세스에 의해 제한될 수 있고, 현재의 기업 RFID 개인 배지 또는 식별 태그와 공조하도록 통합될 수 있다.
검사 스테이션은 정밀 제조 부품의 치수 검사를 위한 통합 자동 3D 광학 스캐닝 및 컴퓨터 보조 검사 시스템 및 방법을 제공하며, 시스템은 모두 통합 자동화 및 컴퓨터-제어 방식인 광학 게측 스캐너의 시야 내에서 부품을 쥐고 조작함으로써 제공되는 스캐너에 다-축 부품 제시와 함께 부품 배치 영역에 일 부품 또는 복수의 부품의 다-축 제시를 제공한다. 컴퓨터는 적용가능할 때 그래픽 프로세싱 유닛(GPU)을 포함한, 병렬-프로세싱, 하이퍼-스레딩, 멀티-프로세서, 요망될 경우, 적절한 데이터 스토리지, 및 기업 네트워크 및/또는 인터넷을 위한 연결과 함께 초고속 버스 속도를 제공하도록 특별하게 설계된다. 스캔시, 컴퓨터는 개별 또는 묶음-프로세싱을 위한 스캔 파일을 생성하여, 분석될 부품에 대한 분석 및 검사 및 보고 작동을 제공한다. 합격/불합격 결정 또는 부분 치수 검사 리포트가 다량을 테스트하는 샘플에 대해 발생될 수 있고, 또는, 완전한 치수 검사 리포트가 요망되는 대로 프로그래밍된 부품 또는 제품에 대해 발생된다.
대체로 도 6을 참조하면, 선호되는 스캔 방법은 다음과 같다:
1. 부품 배치 작업 엔빌롭 영역 위에 위치하는 매우 안정하고 강체형인 케이스 내에 스캐너를 장착.
2. 동일한 광학 스캐너 세션에서 검사될 부품 또는 복수의 부품을 파지.
3. 거의 또는 전혀 사람 개입없이 부품 표면의 거의 모두를 스캔 가용하게 하는 다-축 컴퓨터-제어식/통합 부품 프리젠터 포지셔너 상에서 광학 스캐너 센서 아래의 시야 내의 그리퍼에서 부품을 조작.
4. 다음 부품을 스캔하면서 (선행) 부품 스캔에 대한 치수 분석, 검사, 및 리포트 발생을 수행하는 것과 동시에 광학 스캐너 및 부품 프리젠터 포지셔너 프로세스 관리를 수행하도록, 병렬-프로세싱, 하이퍼-스레딩, 멀티-프로세서, 고속 버스 속도, 다량의 RAM, 고성능 GPU, 및 실질적인 저장 용량, 그리고 프로세싱 파워를 갖는 컴퓨터에 의해 제어.
5. 광학 스캐너가 수행되고 있을 때, 또는, 부품 스캔의 사용자-규정 세트가 생선된 후, 검사 및 분석과 보고 작동에서 더 효율적인 묶음-프로세싱을 위해 지정 디렉토리/폴더에서 스캔 파일 축적을 제공.
6. 정기 및 온-디맨드 방식 이용을 위한 통합 시스템 교정 프로세스 루틴과 부품 프리젠터 포지셔너 상에서의 이용을 위한 교정 아티팩트 홀더를 포함.
7. 훈련받은 프로세스 개발자에 의해 시스템 상에서 또한 개발될 수 있는, 앞서 개발된 검사 프로세스 셋업 파일 또는 검사 루틴의 완전한 라이브러리를 포함.
8. 카우스 및 키보드, 또는 선택적으로, 단순화된 조작자 인터페이스를 갖는 터치 스크린의 맞춤화가능한 조작자/사용자 인터페이스 장치를 제공 - 둘 도무 보안 로그인을 요구하여, 허가받은 특정 조작자에게만 검사 루틴에 대한 액세스를 허용.
9. 임의의 지원 필요를 위해, 비디오 회의, 온라인 협업, 원격 액세스, 그리고, 웹 카메라, 통신, 및 웹-기반 대화형 세션을 이용한 작동을 허가.
10. (작동 환경에서 필요할 경우) 통합 UPS 및 선택적인 공조기를 갖는 완전한, 단일의 강력한 산업용 서버-스타일 캐비넷에 모든 구성요소들을 배치 - 잠금가능한 도어는, 데이터 및 리포트 전달과 시스템으로부터의 오프로딩을 위한 이더넷 연결과, 작동에 대한 단일 파워-플러그의 단순성, 그리고, 검사 작동을 위해 배치될 때, 필요할 경우 캐비넷 안정성 및 진동 감쇠를 위한 고형의 리트랙터블 방식의 지지 피트(support feet)와 함께 설비 주위로 시스템 이동성을 위한 고정 바퀴 상에 장착되는, 시스템의 어느 특징 부분에 인가된 액세스만을 허용함.
11. 다른 통합 시스템에 의해 부품 프리젠터 포지셔너 내로 로봇/자동화 부품 배치를 위한 물리적 액세스를 보장.
12. 복수의 표준 및 주문형 시스템 배치로 하여금 합리적으로 넓은 범위의 부품 크기, 복잡도, 양, 치수 허용공차, 스캔 데이터 포인트 밀도, 검사 프로세스 속도, 및 분석 포맷을 수용하게 하는 컴퓨터, 센서, 시야 렌즈 부품 그리퍼, 부품 프리젠터, 소프트웨어 애플리케이션, 및 컨트롤러를 포함하는 가변적 또는 상호교환가능한 구성요소들로 배치가능함. 파일은 기업 통계 프로세스 제어(SPC) 및 기업/품질/생산 관리 시스템 내로 직접 검사 출력 정보를 통합/운반하고 완전한 치수 검사 보고를 통해 단순한 스캔 파일로부터 합격/불합격 리포트(심지어 녹색/적색광 표시기까지 구비)까지의 범위를 가질 수 있다.
도시되지 않지만, 부품 프리젠터 포지셔너 상에 교정 아티팩트를 이용할 수 있고, 통합 시스템 교정 프로세스 루틴이 수행될 수 있다. 더욱이, 앞서 개발된 검사 프로세스 셋업 파일 EH는 검사 루틴의 라이브러리를 유지관리하여, 상주형 또는 액세스가능형 프로그램을 갖는 임의의 부분을 검사하기 위한 시스템 유동성을 제공할 수 있다. 검사 스테이션에 대한 연결은 원격 트레이닝, 원격 제어, 트러블슈팅, 트레이닝, 비디오 회의, 및 다른 온라인 협업을 가능하게 한다.
그래픽 사용자 인터페이스 및 다른 소프트웨어 통합은 자동화 작동을 위해 함께 묶이도록 선택된 컨피규레이션 소프트웨어 애플리케이션 내에, 또는 외부에, 또는, 사이에 배치될 수 있는 통합 스크립트에 의해 달성된다. 통합 루틴 및 프로그래밍은 검사 스테이션의 다양한 배치에 맞게 수정될 수 있다.
마이크로소프트 엑셀을 이용한 통합 스크립트의 일례는 다음과 같다:
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
에어포일 데이터 샘플 매크로 스크립트의 일례는 다음과 같다:
Figure pct00005
Figure pct00006
Figure pct00007
스크립트는 완전히 스캔될 때까지 부품의 자동 회전 및 틸트를 제공하는 스캔 사이클 전체에 걸쳐 반복가능하다. 스캐너는 초당 수만개의 데이터 포인트를 수득할 수 있고, 스크립팅은 일관성 및 품질을 보장하는 고도로 자동화된 프로세스를 제공한다. 완료시, 3차원 디지털 모델이 그 후 물체의 원래 CAD 모델과 비교되고, 둘 간의 기하학적 변화가 "칼라 도표"에 생생하게 도시되며, 조정가능한 허용공차 범위뿐 아니라, 측정치 및 편차의 완성표가 함께 제공된다. 이러한 칼라 도표 리포트로부터 해석 및 이해가 훨씬 쉬워진다는 것이 이러한 기하학적 측정 및 품질 분석 방법의 핵심적 장점 중 하나다. 이러한 프로세스는 생산 임플러멘테이션 이전에, 또는, 연장된 이용 주기, 및/또는 제품 재제조 이후 등과 같이 신속하고 정확한 제품 검사를 가능하게 한다. 실제 제품에 대한 CAD 모델의 비교 분석은 결함을 식별할 수 있게 한다. 추가적으로, 최적 계측 3차원 스캔이 전체 물체를 아우르는 비파괴 분석이기 때문에, 스캔 프로세스 중 수득되는 데이터에 기초하여 물체를 역설계하는 것이 가능하다. 이로써, CAD 데이터가 전혀없는 부품을 재제조할 수 있다.
본 명세서에서 언급된 모든 특허 및 공보는 발명의 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 레벨을 표시한다. 모든 특허 및 공보는, 각각의 개별 공보가 참고자료로 포함된다고 구체적으로 그리고 개별적으로 표시되는 것과 동일한 정도로 참고자료로 여기에 포함된다.
소정 형태의 발명이 도시되지만, 여기서 설명 및 도시되는 구체적 형태 또는 배열에 제한되어서는 안된다. 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 다양한 변화가 이루어질 수 있고, 발명은 여기 포함된 명세서 및 도면/그림에 도시 및 설명되는 것으로 제한된다고 간주되어서는 안된다는 것은 당 업자에게 명백하다.

Claims (15)

  1. 랙 장착 구성요소들을 보지하도록 구성되고, 그리고, 이격 배치되는 적어도 2개의 직립 벽체로부터 형성되는 프레임에 의해 구획되는 휴대형 캐비넷과,
    상기 캐비넷 내에 위치하는 컴퓨터 - 상기 컴퓨터는 높은 버스 속도로 복수의 프로세서를 통해 하이퍼-스레딩을 이용하여 데이터 저장 및 병렬-프로세싱이 가능함 - 와,
    상기 캐비넷 내에 위치하고, 그리고, 그래픽 프로세싱 유닛을 통해 상기 컴퓨터에 연결되는, 디스플레이 스크린과,
    상기 캐비넷 내에 위치하고 상기 컴퓨터에 전기적으로 연결되는 부품 프리젠터 포지셔너(part presenter positioner) - 상기 부품 프리젠터 포지셔너는 통합 라이브러리 스크립트로부터 상기 컴퓨터로부터의 명령에 응답하여 회전 및 각도 배치가 가용함 - 와,
    상기 부품 프리젠터 포지셔너 위에 위치하는 광학 디지털 카메라/스캐너 - 상기 광학 카메라/스캐너는 상기 부품 상에 제어형 프린지 또는 라스터 패턴을 투영하는데 사용되는 구조화된 광원을 갖고, 상기 프린지 또는 라스터 패턴은 상기 디지털 카메라를 이용하여 고해상도 이미지로 레코딩되며, 상기 컴퓨터는 3차원 디지털 모델을 정확하게 완성하도록 자동화 방식의 회전 및 각도 배치를 위해 상기 부품 프리젠터 포지셔너를 제어함 - 를 포함하며,
    상기 광학 카메라/스캐너는 상기 부품 프리젠터 포지셔너 상에 배치되는 부품의 요망 표면을 디지털화하고, 상기 디지털 모델은 상기 부품의 원래 CAD 모델과 비교되어, 기하학적 분석을 실시할 수 있고 검사될 부품에 대한 보고 작동을 개시할 수 있는
    검사 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 부품 프리젠터 포지셔너는 상기 부품을 고정하는데 사용하기 위한 기저부를 포함하고, 상기 기저부는 다-축 회전 및 각도 틸트를 가능케하도록 상기 기저부에 고정되는 모터에 의해 상기 스캐너의 시야를 통해 이동가능한
    검사 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    광학 카메라/스캐너는 3D 광학 계측 스캐너인
    검사 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 부품과 원래 CAD 이미지 사이의 상기 기하학적 변화는 조정가능한 허용공차 범위와 함께 칼라 도표로 도시되는
    검사 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 부품 프리젠터 포지셔너는 상기 캐비넷으로부터 설치 및 제거를 용이하게 하기 위해 랙에 모듈로 장착되는
    검사 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 휴대형 캐비넷은 고정 안정성을 위해 리트랙터블 지지 피트(retractable support feet)를 포함하고, 상기 리트랙터블 지지 피트는 상기 캐비넷의 가동성을 위해 바퀴를 허용하는
    검사 시스템.
  7. 정밀 제조 부품의 치수 검사 방법에 있어서,
    부품을 다-축 제시할 수 있는 부품 프리젠터 포지셔너 위에 위치하는 광학 계측 스캐너를 갖는 부품 배치 영역을 갖는 휴대형 캐비넷을 구성하는 단계 - 상기 캐비넷은 병렬-프로세싱, 하이퍼-스레딩, 멀티-프로세서, CPU 및 GPU, 및 데이터 스토리지를 구비한 높은 버스 속도의 컴퓨터를 갖는 컨트롤러를 포함하며, 상기 컨트롤러는 치수 분석, 검사, 및 리포트 작동을 위한 상기 부품의 표면의 디지털화를 위해 상기 광학 계측 스캐너를 작동시킴 - 와,
    상기 부품 프리젠터 포지셔너에 검사가 필요한 부품을 배치하는 단계와,
    다-축 회전 및 각도 틸트를 통해 상기 광학 계측 스캐너의 시야 내에서 상기 부품을 조작함으로써 제공되는 다-축 제시 내로 부품을 회전시키는 단계와,
    상기 회전 및 각도 틸트를 통해 제공되는 지정 위치에서 상기 부품의 이미지를 스캔하는 단계와,
    상기 이미지에 대한 스캔 파일을 생성하는 단계 - 상기 이미지는 개별 또는 복수의 묶음-처리를 거쳐 상기 부품에 대한 검사 및 보고 작동을 제공함 - 와,
    상기 부품 내에 표시된 치수들의 치수 추출에 더하여 기하학적 등각성/편차가 분석되도록 상기 이미지를 치수 분석하는 단계를 포함하며,
    상기 광학 카메라/스캐너는 상기 부품 프리젠터 포지셔너 상에 배치된 부품의 요망 표면을 디지털화하고, 상기 디지털 모델은 상기 부품의 원래 CAD 모델에 비교되어 기하학적 분석을 실시하고 검사될 부품에 대한 보고 작동을 개시하는
    정밀 제조 부품의 치수 검사 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    규칙적 및 온-디맨드 방식으로 통합 시스템 교정 프로세스 루틴과 상기 부품 프리젠터 포지셔너 상에서 이용하기 위한 교정 아티팩트 홀더를 제공하는 단계를 포함하는
    정밀 제조 부품의 치수 검사 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 검사 프로세스의 자동화를 위한 검사 루틴 또는 앞서 개발된 검사 프로세스 셋업 파일의 라이브러리 스크립트를 제공하는 단계를 포함하는
    정밀 제조 부품의 치수 검사 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 라이브러리 스크립트는 트레이닝된 프로세스 개발을 통해 시스템 상에서 개발될 수 있고, 또는, 프로세스 셋업 파일의 라이브러리 스크립트로 전달하기 위한 별도의 시스템 상에서 오프라인 방식으로 개발될 수 있는
    정밀 제조 부품의 치수 검사 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    바 코드 스캐너, 네임 태그, 또는 보안 배지를 이용하여 주문제작가능한 조작자/사용자 인터페이스 장치를 제공하는 단계를 포함하는
    정밀 제조 부품의 치수 검사 방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 디스플레이는 비디오 회의 및 온라인 협업을 수행할 수 있는
    정밀 제조 부품의 치수 검사 방법.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 부품 프리젠터 포지셔너는 스캐너의 시야를 통해 부품의 회전을 위한 컴퓨터-제어 로봇 암으로 추가로 형성되는
    정밀 제조 부품의 치수 검사 방법.
  14. 제 7 항에 있어서,
    검사될 부품에 대한 상기 부품의 원래 CAD 모델의 비교는 합격/불합격 결정을 개시하게 하는
    정밀 제조 부품의 치수 검사 방법.
  15. 제 7 항에 있어서,
    검사될 부품에 대한 상기 부품의 원래 CAD 모델의 비교는, 검사되는 부품의 추적가능성과, 발견가능성과, 경향성을 위한 추적 치수 검사 리포트를 개시하게 하는
    정밀 제조 부품의 치수 검사 방법.
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