KR20170102250A - 정렬 특징부로 독립적 측면 측정을 통한 적응형 부분 프로파일 생성 - Google Patents

정렬 특징부로 독립적 측면 측정을 통한 적응형 부분 프로파일 생성 Download PDF

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KR20170102250A
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조셉 매튜 해스티
알렉산더 아나톨리에비치 미아친
마크 시어도어 코스모우스키
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일렉트로 싸이언티픽 인더스트리이즈 인코포레이티드
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Abstract

지지용 고정장치(fixture)(36)와 합체된 정렬 특징부(60)는 측면 스캔 데이터와 상부 스캔 데이터의 기준점들을 제공한다. 측면 스캔 변위 센서(112)로 공작물 에지 세그먼트(23)의 측면 스캔 데이터를 획득하고, 하나 이상의 카메라(130)로 상부 스캔 데이터를 획득하여 상기 측면 스캔 데이터를 위한 가공 기준을 제공한다. 상기 측면 스캔 데이터는 레이저 가공 시스템(140)이 사용가능한 상부관(top-view) 좌표계로 변환될 수 있다.

Description

정렬 특징부로 독립적 측면 측정을 통한 적응형 부분 프로파일 생성{ADAPTIVE PART PROFILE CREATION VIA INDEPENDENT SIDE MEASUREMENT WITH ALIGNMENT FEATURES}
관련 출원의 상호 참조
본원은 2014년 12월 29일에 출원된 미국 가출원 제62/097,418호의 우선권을 주장하는 PCT 출원으로서, 그 내용의 전체가 사실상 본원에 참조로 포함된다.
저작권 공지
ⓒ2015 일렉트로 사이언티픽 인더스트리즈사(Electro Scientific Industries, Inc.) 본 특허 문헌의 개시 내용 중 일부는 저작권의 보호를 받는 자료를 포함한다. 저작권 소유자는 특허상표청의 특허 파일이나 기록에 보여지는 그대로 본 특허 문헌이나 특허 개시 내용을 임의의 누군가가 복사 복제하는 것에는 이의가 전혀 없지만, 그렇지 않다면 어떤 상황에서든 모든 저작권을 보유한다. 37 CFR § 1.71(d).
기술 분야
본원은 공구를 기준으로 고정장치(fixture) 상에 공작물의 위치를 결정하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히, 고정장치의 한 측면을 검사함으로써 고정장치 상의 공작물의 표면에 걸쳐 (기계)가공 공구 경로를 결정하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
전자 장치가 계속 소형화됨에 따라, 크기 감소를 용이하게 하고 내부의 전자 구성요소들을 습기 또는 손상으로부터 보호하기 위해 이러한 전자 장치의 구조적 구성요소들을 더 타이트한 공차로 결합할 것이 요구될 수 있다. 전자 장치에 대한 구조적 사양 외에, 구조적 구성요소들을 결합하는데 있어서의 더 타이트한 공차는 또한 전자 장치의 미학적 외관과 전자 장치를 다루면서 빚어지는 촉각적 감각에 의해 주도된다. 소비자용 전자 장치 시장의 경쟁이 더 심화됨에 따라, 장치 제조업체들은 자신들의 전자 장치가 지닌 기술적 기능에서 전자 장치의 외관 및 느낌 역시 개선시키고자 노력하고 있다.
더욱이, 제조 과정 동안, 소비자 전자제품의 여러 구성요소들을 함께 결합시킴으로써 결합면들 사이의 상호작용 특징이 매우 적어지게 하는 것이 보통이다. 이러한 인터페이스들의 치수가 계속 점점 더 소형화됨에 따라, 공구 가공 용도에 필요한 정확도를 부여하기에는 전통적 검사 및 위치선정 방법들이 적절하지 않을 수 있다.
발명의 내용(summary)은 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 더 설명되는 다양한 개념들을 간단한 형태로 소개하기 위해 주어진다. 이러한 발명의 내용은 청구된 주제의 핵심 또는 본질적인 발명 개념들을 밝히고자 함도 아니며, 청구된 주제의 범위를 정하고자 함도 아니다.
일부 실시양태에 의하면, 공작물에 감합(fit)되는 커버 재료를 가공하기 위한 맞춤형 공구 경로를 결정하는 방법에 있어서, 상기 공작물은 공작물 상면, 공작물 저면, 및 공작물 상면과 공작물 저면 사이의 공작물 측면, 그리고 공작물 측면을 따라 위치한 공작물 에지를 가지며, 상기 커버 재료는 커버 상면, 커버 저면, 및 커버 상면과 커버 저면 사이의 커버 측면, 그리고 커버 측면에 위치한 초기 커버 에지를 가지며, 공작물 상면이 커버 재료를 지지함에 따라 커버 저면은 공작물 상면에 더 근접해지고 커버 상면은 공작물 상면에서 더 멀어지게 되며, 초기 커버 에지는 공작물 에지에 매칭되지 않는 것인 방법으로서, 공작물을 지지용 고정장치에 고정시키는 단계로서, 공작물을 지지용 고정장치를 기준으로 정지 위치에 고정시키되, 공작물 저면이 지지용 고정장치에 더 근접하고 공작물 상면이 지지용 고정장치로부터 더 멀도록 고정시키며, 지지용 고정장치는 제1 특징부 상부 치수와 제1 특징부 측면 치수를 갖는 제1 정렬 특징부 및 제2 특징부 상부 치수와 제2 특징부 측면 치수를 갖는 제2 정렬 특징부를 포함한 복수의 정렬 특징부와 합체(associate)되는 것인 고정 단계; 공작물 측면, 제1 특징부 측면, 제2 특징부 측면, 제1 특징부 상부 및 제2 특징부 상부를 스캔하는 단계로서, 측면 스캔을 이용하여 측면 스캔 데이터를 획득하고, 상부 스캔을 이용하여 상부 스캔 데이터를 획득하며, 측면 스캔 데이터는 공작물 에지의 특징과 관련된 공작물 에지 프로파일 데이터를 포함하며, 측면 스캔은 제1 특징부 측면과 제2 특징부 측면의 상대적 측면 위치들과 관련된 측면 위치 데이터를 포함하며, 상부 스캔으로부터 제1 특징부 상부와 관련된 제1 특징부 상부 위치 데이터 및 제2 특징부 상부와 관련된 제2 특징부 상부 위치 데이터를 획득하는 것인 스캔 단계; 및 공작물 에지와 관련된, 커버 재료의 커버 상면에 걸쳐 공구 경로를 결정하는 단계로서, 공구 경로는 상부 스캔 데이터와 측면 스캔 데이터의 상호관계에 기반한 것인 공구 경로 결정 단계를 포함한다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에 의하면, 공작물의 기판에 의해 지지되는 커버 재료를 가공하기 위한 시스템에 있어서, 상기 기판은 상면, 저면 및 상면과 저면 사이로 연장되는 측면을 가지며, 측면은 기판의 상면의 기판 에지에 상응하고, 커버 재료는 커버 상면을 갖는 것인 시스템으로서, 기판 지지 영역을 가지며 기판을 상기 영역 내에 지지하기 위한 지지용 고정장치; 지지용 고정장치에 의해 지지되는 정렬 특징부로서, 제1 및 제2 이격-배치된 정렬 특징부들을 포함하되, 각 정렬 특징부는 구별이 가능한 상부 특징을 지닌 특징부 상부 및 구별이 가능한 측면 특징을 지닌 특징부 측면을 갖는 것인 정렬 특징부; 상부 스캔 데이터를 획득하기 위해 작동하는 제1 검사 시스템; 측면 스캔 데이터를 획득하기 위해 작동하는 제2 검사 시스템; 지지용 고정장치와 제1 및 제2 검사 시스템들 간에 상대 이동을 야기시키기 위한 상대 이동 시스템; 커버 재료를 가공하도록 작동하는 가공 공구; 및 지지용 고정장치와 제1 및 제2 검사 시스템들 간의 상대 이동을 조정(coordinate)하고, 측면 스캔 데이터를 상부 스캔 데이터와 상호 연관시키며, 커버 재료의 상면에 걸쳐 공구 가공을 위한 공구 경로를 결정하고, 공구 경로를 따른 공작물과 가공 공구 간의 상대 이동과 공구 가공 작동을 조정하는 하나 이상의 프로세서를 포함한다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 가공 공구의 절삭 공구 축은 공구 경로를 따라 커버 상면 상의 한 위치에 상대적으로 정렬되며; 가공 공구를 이용하여 공작물 에지와 관련된 공구 경로를 따라 커버 상면을 절삭함으로써 공작물 에지와 매칭되는 가공된(processed) 커버 에지를 형성한다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에 의하면, 공작물에 감합되는 커버 재료를 가공하기 위한 맞춤형 공구 경로를 결정하는 방법에 있어서, 상기 공작물은 공작물 상면, 공작물 저면, 및 공작물 상면과 공작물 저면 사이의 공작물 측면, 그리고 공작물 측면을 따라 위치한 공작물 에지를 가지며, 상기 커버 재료는 커버 상면, 커버 저면, 및 커버 상면과 커버 저면 사이의 커버 측면, 그리고 커버 측면에 위치한 초기 커버 에지를 가지며, 공작물 상면이 커버 재료를 지지함에 따라 커버 저면은 공작물 상면에 더 근접해지고 커버 상면은 공작물 상면에서 더 멀어지게 되며, 초기 커버 에지는 공작물 에지에 매칭되지 않는 것인 방법으로서, 공작물을 지지용 고정장치에 고정시키는 단계로서, 공작물을 지지용 고정장치를 기준으로 정지 위치에 고정시키되, 공작물 지지용 고정장치는 가공 공구에 대한 좌표계를 기준으로 보정된 고정장치 위치를 가지며, 공작물 저면이 지지용 고정장치에 더 근접하고 공작물 상면이 지지용 고정장치로부터 더 멀도록 고정시키고, 지지용 고정장치는 제1 특징부 측면 치수를 갖는 제1 정렬 특징부 및 제2 특징부 측면 치수를 갖는 제2 정렬 특징부를 포함한 복수의 정렬 특징부와 합체되는 것인 고정 단계; 공작물 측면, 제1 특징부 측면, 및 제2 특징부 측면을 스캔하는 단계로서, 측면 스캔을 이용하여 측면 스캔 데이터를 획득하고, 측면 스캔 데이터는 공작물 에지의 특징과 관련된 공작물 에지 프로파일 데이터를 포함하며, 측면 스캔은 제1 특징부 측면과 제2 특징부 측면의 상대적 측면 위치들과 관련된 측면 위치 데이터를 포함하는 것인 스캔 단계; 공작물 에지와 관련된, 커버 재료의 커버 상면에 걸쳐 공구 경로를 결정하는 단계로서, 공구 경로는 측면 스캔 데이터와 가공 공구에 대한 좌표계를 기준으로 보정된 고정장치 위치의 상호관계에 기반한 것인 공구 경로 결정 단계; 가공 공구의 절삭 공구 축을 공구 경로를 따라 커버 상면 상의 한 위치에 상대적으로 정렬시키는 단계; 및 가공 공구를 이용하여 공작물 에지와 관련된 공구 경로를 따라 커버 상면을 절삭함으로써 공작물 에지와 매칭되는 가공된 커버 에지를 형성하는 단계를 포함한다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 제1 및 제2 정렬 특징부들은 각각 정렬 핀이다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 가공 공구는 레이저이다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 공작물 에지는 공작물 주연을 형성하고, 상기 초기 커버 에지는 초기 커버 에지 주연을 형성하며, 상기 가공된 커버 에지는 가공된 커버 주연을 형성한다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 공작물 에지는 복수의 가로 방향 공작물 에지 세그먼트를 포함하고, 상기 초기 커버 에지는 복수의 가로 방향 초기 커버 에지 세그먼트를 포함한다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 공작물은 지지용 고정장치를 기준으로 임의의 위치에 장착되고, 상기 제1 정렬 특징부와 제2 정렬 특징부는 공작물 주연의 외부측에 놓인다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 공작물은 진공압에 의해 지지용 고정장치에 고정된다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 지지용 고정장치는 공작물보다 큰 주면(major surface) 치수를 가진다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 지지용 고정장치는 공작물 에지를 따른, 커버 저면과 수직 교차되는 가공 축의 이용을 방지하는 고정장치 표면 영역을 가진다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 제1 정렬 특징부와 상기 제2 정렬 특징부는 공작물이 지지용 고정장치에 고정되었을 때 상기 공작물에 정적 기준(static reference)을 제공한다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 제1 특징부 측면과 상기 제2 특징부 측면의 상대적 측면 위치들의 크기 조정을 위해 기정된 특징부 이격 거리를 이용한다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 공작물 상면은 공작물 에지 이격 거리만큼 서로 이격 배치된 대향하는 공작물 에지 세그먼트들을 구비하며, 상기 제1 및 제2 정렬 특징부들 간의 이격 거리는 상기 공작물 에지 이격 거리보다 길다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 하나 이상의 변위 센서를 이용하여 측면 스캔 데이터를 획득할 수 있다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 스캔 단계는 맵핑 조작을 포함한다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 두 개의 정렬 특징부 사이에 각 공작물 에지 세그먼트가 감합되도록 충분한 개수의 추가 정렬 특징부를 이용한다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 제1 정렬 특징부와 상기 제2 정렬 특징부는 특징부 라인을 따라 위치하며, 상기 공작물 에지는 상기 특징부 라인에 나란하지 않게(nonparallel) 위치한다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 제1 정렬 특징부는 제1 특징부 직경을 가지고, 상기 제2 정렬 특징부는 제2 특징부 직경을 가지며, 상기 제1 특징부 직경과 상기 제2 특징부 직경은 상이하다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 제1 정렬 특징부는 제1 특징부 직경을 가지고, 상기 제2 정렬 특징부는 제2 특징부 직경을 가지며, 상기 제1 특징부 직경과 상기 제2 특징부 직경이 같다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 공작물 에지는 기정된 공작물 길이에 근사한 공작물 길이를 가진다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 가공된 커버 에지의 임의의 커버 부분은 상기 공작물 에지의 각각의 최근접 공작물 부분의 100 마이크론 이내에 있다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 가공된 커버 에지의 임의의 커버 부분은 상기 공작물 에지의 각각의 최근접 공작물 부분의 50 마이크론 이내에 있다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 가공된 커버 에지의 임의의 커버 부분은 상기 공작물 에지의 각각의 최근접 공작물 부분의 25 마이크론 이내에 있다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 커버 주연과 상기 공작물 주연 사이의 임의의 갭은 눈에서 25 mm 이상의 거리를 두고 평균 시력의 육안으로 보았을 때 일정한 것으로 나타난다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 공작물 에지는 50 mm보다 길다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 공작물 에지는 375 mm보다 길다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 커버 재료는 시각적으로 불투명한 재료를 포함한다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 커버 재료는 플라스틱 재료를 포함한다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 커버 재료는 세라믹 재료를 포함한다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 커버 재료의 상면에는 정렬 특징부가 없다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 제1 정렬 특징부는 제1 정렬 기준점을 포함한 제1 특징부 상면을 가지며, 상기 제2 정렬 특징부는 제2 정렬 기준점을 포함한 제2 특징부 상면을 가지며, 상기 제1 및 제2 정렬 기준점들은 각각의 정렬 특징부 주 치수(major dimensions)보다 작은 기준점 주 치수를 가진다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 제1 정렬 기준점은 제1 특징부 상면의 중심에 있고, 상기 제2 정렬 기준점은 제2 특징부 상면의 중심에 있다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 에지 프로파일 데이터의 특징은 공작물 측면을 따라 다수 지점들 각각이 측면 센서의 축을 통과할 때의 상기 지점들 각각과 측면 스캔 센서 사이의 거리가 포함한다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 측면 스캔 데이터는 에지 세그먼트의 모서리와 정렬 특징부 사이의 상대 거리를 포함한다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 다수의 지지용 고정장치들 각각은, 서로에 대해 각각 맵핑되어 각 지지용 고정장치에 특이적인 각각의 지지 특징부 데이터를 제공하는 제1 및 제2 정렬 특징부들을 구비한다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 지지 특징부 데이터는 측면 스캔 데이터를 가공 공구에 의해 이용되는 좌표계로 변환하는데 사용된다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 스캔 단계는 전체 공작물 주연을 스캔하는 조작을 포함한다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 측면 스캔은 측면 스캔 센서에 의해 수행되며, 상기 상부 스캔은 상부 스캔 센서에 의해 수행되고, 상기 측면 스캔 센서와 상기 상부 스캔 센서는 상이한 유형의 센서이다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 공작물은 대향하는 제1 및 제2 에지 세그먼트들을 포함하며, 상기 제1 에지 세그먼트는 제1 측면 스캔 센서에 의해 스캔되고, 상기 제2 에지 세그먼트는 제2 측면 스캔 센서에 의해 스캔된다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 스캔 단계는 하나 이상의 고정형 센서를 이용하여 공작물의 이동을 스캔하는 조작을 더 포함한다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 스캔 단계는 공작물을 따라 하나 이상의 센서를 이동시키는 조작을 더 포함한다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 측면 스캔 데이터의 획득이 선형 또는 위치 엔코더 사용을 통해 스캔 센서와 공작물 측면을 따른 위치 간의 상대 위치와 동기화된다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 측면 스캔 데이터의 획득에는 스캔 센서와 공작물 측면을 따른 위치 간 상대 이동의 실질적으로 일정한 속도와 동기화된 기정 샘플링 속도가 이용된다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 측면 스캔 데이터의 획득에는 제1 정렬 특징부와 제2 정렬 특징부 사이의 기지된 거리가 활용되며, 스캔 센서와 공작물 측면을 따른 위치 간 상대 이동의 실질적으로 일정한 속도와 동기화된 기정 샘플링 속도가 이용된다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 실질적으로 일정한 속도는 기정 속도의 5% 이내에 유지된다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 가공 공구는 컴퓨터 제어식 절삭기이다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 공작물 측면과 측면 스캔 데이터 획득을 위한 센서 사이에 하나 이상의 장애물이 위치하며, 상기 하나 이상의 장애물에 의해 차단된 공작물 에지 부분들의 특징을 상기 측면 스캔 데이터로부터 보외한다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 공작물 측면과 측면 스캔 데이터 획득을 위한 센서 사이에 하나 이상의 장애물이 위치하며, 상기 하나 이상의 장애물에 의해 차단된 공작물 에지 부분들의 특징을 상기 측면 스캔 데이터로부터 보간한다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 공작물 에지는 공작물 에지 프로파일을 갖는 공작물 주연을 형성하고, 상기 측면 스캔 데이터를 사용하여 공작물 에지 프로파일을 상기 공작물 주연에 대한 기정된 이상적 에지 프로파일과 비교한다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 측면 스캔은 측면 스캔 필드에 실시되며, 상기 공구 경로는 측면 스캔 필드와는 별개인 가공 필드에 구현된다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 측면 스캔 필드는 상기 가공 필드와 물리적으로 이격된다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 공작물은 상기 스캔 단계 및 가공 단계를 통해 지지용 고정장치를 기준으로 단일 위치에 유지된다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 제1 쌍의 측면 스캔 센서는 제1 및 제2의 대향하는 공작물 에지 세그먼트 각각으로부터 동시에 측면 스캔 데이터를 획득하며, 제2 쌍의 측면 스캔 센서는 제3 및 제4의 대향하는 공작물 에지 세그먼트 각각으로부터 동시에 측면 스캔 데이터를 획득한다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 제1쌍의 측면 스캔 센서의 스캔 축은 상기 제2 쌍의 측면 스캔 센서의 스캔 축에 대해 가로 방향으로 배향된다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 제1 및 제2 쌍의 측면 스캔 센서들 중 한 쌍은 상기 스캔 단계 동안 고정되며, 상기 제1 및 제2 쌍의 측면 스캔 센서들 중 한 쌍은 상기 스캔 단계 동안 이동한다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 제1 쌍의 측면 스캔 센서가 측면 스캔 데이터를 획득한 이후에 상기 제2 쌍의 측면 스캔 센서가 측면 스캔 데이터를 획득한다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 상기 측면 스캔 데이터가 획득된 이후에 상기 상부 스캔 데이터가 획득된다.
일부 대안적, 추가적 또는 일련의 전체 실시양태에서, 제1 공작물 에지 세그먼트는 상기 제1 및 제2 정렬 특징부들에 의해 정의된 축들 사이에 위치하고, 제2 공작물 에지 세그먼트는 상기 제2 정렬 특징부와 제3 정렬 특징부에 의해 정의된 축들 사이에 위치하며, 상기 제2 정렬 특징부와 관련된 데이터를 사용하여 상기 제1 공작물 에지와 상기 제2 공작물 에지를 따른 연속 공구 경로를 제공한다.
추가 양태 및 이점들은 첨부 도면을 참조하여 이어지는 예시적 실시양태들의 하기 상세 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 일반적 공작물의 상부 평면도이다.
도 2는 커버 재료로 형성된 오버사이즈 편(piece)으로 덮인 경우의 공작물의 횡단 측면도이다.
도 3a는 복수의 정렬 특징부를 활용한 지지용 고정장치의 예시적 실시양태의 전면 우측 등각도이다.
도 3b는 도 3a에 나타낸 복수의 정렬 특징부를 활용한 지지용 고정장치의 예시적 실시양태의 상부 평면도이다.
도 3c는 도 3a에 나타낸 복수의 정렬 특징부를 활용한 지지용 고정장치의 예시적 실시양태의 배면 측면도(도 3b의 라인들 3c를 따라 절취됨)이다.
도 3d는 경사 배향된 공작물을 지지하는 도 3a의 지지용 고정장치의 예시적 실시양태의 전면 우측 등각도이다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는, 각각, 도 3a, 도 3b 및 도 3c에 도시된 예시적 지지용 고정장치들과 사용하기에 적합한 예시적 정렬 핀의 측면 상부 등각도, 상부 평면도 및 측면도이다.
도 5는 예시적 측면 스캔 데이터를 그래프로 나타낸 도면으로서, 공작물 에지 세그먼트의 모서리들에 대한 두 예시적 정렬 특징부의 상대적 위치를 보여준다.
도 5a는 예시적 측면 스캔 데이터를 그래프로 나타낸 도면으로서, 임의의 한 공작물 에지 세그먼트와 이상적 공작물 에지 세그먼트의 편차를 보여준다.
도 5b는 공작물의 네 측면으로부터의 예시적 측면 데이터를 그래프로 나타낸 도면으로서, 공작물의 주연을 기준으로 배향된 에지 세그먼트들의 측면 스캔 데이터를 포함한다.
도 6은 도 5의 측면 스캔 데이터의 한 예시적 부분을 확대하여 그래프로 나타낸 도면으로서, 정렬 특징부 상면 상의 한 기준점과 상기 측면 데이터 사이의 관계를 나타낸다.
도 6a는 지지용 고정장치의 예시적 실시양태의 상부 평면도로서, 공작물 상의 커버 재료로 형성된 오버사이즈 층 위에 놓이는 공구 경로를 보여준다.
도 7은 간이(simplified) 예시적 측면 스캐닝 시스템의 상부 평면도이다.
도 8은 이를테면 절삭부를 형성함으로써 공작물을 가공하기 위해 활용되는 레이저 시스템과 같은 한 예시적 공구의 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 예시적 실시양태들을 설명하기로 한다. 본 개시의 사상 및 교시내용을 벗어나지 않으면서 여러 다양한 형태와 실시양태가 가능함에 따라, 본 개시가 여기에 제시되는 예시적 실시양태들에 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 오히려, 이러한 예시적 실시양태들은 본 개시가 세부적이고 완전할 수 있고, 본 개시의 범위를 해당 기술분야의 숙련자에게 전달할 수 있도록 제공된다. 도면에서, 구성요소들의 크기 및 상대적 크기는 명확성을 위해 비례적이지 않고/않거나 과장될 수 있다. 본원에 사용되는 용어는 특정의 예시적 실시양태들만을 설명하기 위함이며, 제한하고자 함이 아니다. 본원에 사용되는 바와 같이, 문맥상 분명하게 달리 지시하지 않는 한, 단수 형태(일, 한, 하나의)는 복수 형태도 포함하는 것으로 한다. 본 명세서에서 사용될 때 "포함하다" 및/또는 "포함하는(한)"이란 용어들은 서술된 특징부, 정수, 단계, 동작, 부재 및/또는 구성요소의 존재를 명시하지만, 하나 이상의 다른 특징부, 정수, 단계, 동작, 부재, 구성요소 및/또는 이들의 군(郡)의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다는 것으로 또한 이해될 것이다. 달리 명시되지 않는 한, 인용되는 경우의 수치 범위는 그 범위의 상한치와 하한치 둘 다는 물론, 이들 사이의 모든 하위 범위를 포함한다.
도 1은 전자 장치를 위한 하우징과 같은 일반적 공작물(10)의 상부 평면도이다. 공작물(10)은 복수의 층, 재료 또는 구성요소를 구비하거나 구비하지 않은 기판(12)을 포함할 수 있다. 도 1을 참조하면, 제조 공정들로 인해 공작물(10)의 공작물 주연(18)에서 에지(22)의 편차가 야기될 수 있어, 공작물들(10) 중 임의의 두 공작물의 공작물 주연 프로파일(24)이 상이할 수 있다. 편의상, 공작물 에지(22)가 하나 이상의 공작물 에지 세그먼트(23, 23a, 23b, 23c 및 23d)(에지 세그먼트(23) 또는 에지(22)로도 지칭될 수 있음)를 포함하는 것으로 간주할 수 있다.
도 1은 공작물(10)이 완벽한 직사각형과 같은 이상적 공작물 주연 프로파일(28)을 가진 것처럼 공작물(10)의 이상적 에지(26)를 점선으로 나타낸다. 편의상, 이상적 공작물 에지(26)가 하나 이상의 공작물 에지 세그먼트(27a, 27b, 27c 및 27d)(이상적 에지 세그먼트(27) 또는 이상적 에지(26)로도 지칭될 수 있음)를 포함하는 것으로 간주할 수 있다. 또한 편의상, 실제 공작물 에지(22)는 실선으로 나타내었으며, 이상적 공작물 주연 프로파일(28)에 의해 오버레이된다. 편차를 과장하여 실제 공작물 에지(22)를 도시함으로써 이상적 공작물 주연 프로파일(28)로부터 이들 편차를 쉽게 인식할 수 있다.
일부 제조 공정에 의하면, 공작물(10)을 커버 재료(30)로 형성된 보호층 또는 장식층으로 덮는 것이 바람직하다. 도 2는 공작물(10)의 횡단 측면도로서, 상기 공작물이 지지용 고정장치(36)에 의해 지지되고, 커버 재료(30)로 형성된 오버사이즈 편으로 덮인 상태를 나타낸다. 도 2를 다시 참조하면, 공작물은 공작물 상면(38), 공작물 저면(40), 및 공작물 상면(38)과 공작물 저면(40) 사이의 공작물 측면(42)을 가진다. 공작물 에지(22)는 공작물 측면(42)을 따라 위치한다.
커버 재료(30)는 커버 상면(44), 커버 저면(46), 및 커버 상면(44)과 커버 저면(46) 사이의 커버 측면(48)을 가진다. 공작물 상면(38)이 커버 재료(30)를 지지함에 따라, 커버 저면(46)은 공작물 상면(38)에 더 근접해지고, 커버 상면(44)은 공작물 상면(38)에서 더 멀어지게 된다.
도 2를 다시 참조하면, 커버 재료(30)로 형성된 오버사이즈 편의 크기와 위치는 상기 오버사이즈 편이 공작물(10)의 에지(22)에 겹쳐져 그 너머까지 연장되도록 (그리하여 공작물(10)의 에지 세그먼트들(23) 중 하나 이상에 겹쳐져 그들 너머까지 연장되도록) 정해질 수 있다. 일부 실시양태에서, 커버 재료(30)로 형성된 오버사이즈 편의 크기와 위치는 상기 오버사이즈 편이 공작물(10)의 에지 세그먼트들(23) 모두에 겹쳐지고 그들 너머까지 연장되도록 정해질 수 있다. 해당 기술분야의 숙련자라면 커버 재료(30)로 형성된 오버사이즈 편이 이상적 커버 주연 프로파일과는 편차가 있는 크기 및 초기 커버 주연 프로파일을 가질 수 있음을 이해할 것이며, 이때 이상적 커버 주연 프로파일은 실제 공작물 주연 프로파일(18)에 근접하게 매칭될 수 있다.
더욱이, 커버 재료(30)로 형성된 오버사이즈 편의 커버 에지 세그먼트들(32)은 각각의 공작물 에지 세그먼트(23)로부터 완벽하게 등거리에 위치하지 않을 수도 있다. 특히, 커버 재료(30)로 형성된 오버사이즈 편의 커버 에지 세그먼트들(32) 중 몇몇은 다른 에지 세그먼트들(23)보다 공작물(10)의 각각의 에지 세그먼트(23)로부터 더 멀리 연장될 수 있다. 추가로 또는 대안으로는, 커버 재료(30)로 형성된 오버사이즈 편의 한 커버 에지 세그먼트(32)의 다양한 섹션들이 공작물(10)의 한 에지 세그먼트(23)의 각각의 섹션으로부터 서로 상이한 거리를 두게 되도록, 커버 재료(30)로 형성된 오버사이즈 편의 커버 에지 세그먼트들(32)이 공작물(10)의 에지 세그먼트들(23)에 대해 경사를 이룰 수 있다.
일부 제조 공정에서, 공정 엔지니어들은 커버 재료(30)의 에지 세그먼트들(32)이 공작물(10)의 각각의 에지 세그먼트(23)로부터 특정 범위의 간격 내에 있도록, 커버 재료(30)로 형성된 오버사이즈 편의 돌출부(34)를 트리밍하는 것이 바람직할 것으로 판단했다. 상기 간격은 커버 에지 세그먼트(32)가 공작물 에지 세그먼트(23)를 너머 바깥쪽으로 연장된다는 것을 나타낼 수 있거나, 또는 상기 간격은 커버 에지 세그먼트(32)가 공작물 에지 세그먼트(23)의 안쪽에 있음을 나타낼 수 있다. 일부 실시양태에 의하면, 커버 재료(30)가 예를 들면 최종 사용자의 옷감이나 최종 사용자의 손가락에 걸리는 것을 방지하도록 커버 에지 세그먼트(32)가 공작물 에지 세그먼트(23)의 안쪽에 있는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 커버 에지 세그먼트(32)를 따르는 매 포인트가 공작물 에지 세그먼트(23)를 따르는 각각의 포인트로부터 등거리에 있도록 커버 재료(30)를 트리밍하거나 절삭하는 것이 바람직할 수 있다. 간격을 일정하게 함으로써 바람직한 미적 외관이 주어질 수 있다.
일부 실시양태에서, 커버 에지 세그먼트를 따르는 포인트들과 공작물 에지 세그먼트(23)를 따르는 각각의 포인트 사이의 거리 범위는 0 내지 3 mm이며, 이때 간격이 0이라는 것은 커버 재료(30)의 가공된 에지 세그먼트(32)가 공작물(10)의 각 에지 세그먼트(23)와 같은 높이에 있음을 의미한다. 일부 실시양태에서, 상기 간격은 0 내지 2 mm이다. 일부 실시양태에서, 상기 간격은 0 내지 1 mm이다. 일부 실시양태에서, 상기 간격은 0 내지 500 ㎛이다. 일부 실시양태에서, 상기 간격은 0 내지 250 ㎛이다.
일부 실시양태에서, 커버 에지 세그먼트를 따르는 포인트들과 공작물 에지 세그먼트(23)를 따르는 각각의 포인트 사이의 거리 범위는 0 내지 100 ㎛이며, 이때 간격이 0이라는 것은 커버 재료(30)의 가공된 에지 세그먼트(32)가 공작물(10)의 각 에지 세그먼트(23)와 같은 높이에 있음을 의미한다. 일부 실시양태에서, 상기 간격은 0 내지 75 ㎛이다. 일부 실시양태에서, 상기 간격은 0 내지 50 ㎛이다. 일부 실시양태에 의하면, 각각의 에지 세그먼트(23)와 높이가 같도록 커버 에지 세그먼트(32)를 트리밍한다. 일부 실시양태에서, 상기 간격은 5 내지 100 ㎛이다. 일부 실시양태에서, 상기 간격은 5 내지 75 ㎛이다. 일부 실시양태에서, 상기 간격은 5 내지 50 ㎛이다. 일부 실시양태에서, 상기 간격은 10 내지 100 ㎛이다. 일부 실시양태에서, 상기 간격은 10 내지 75 ㎛이다. 일부 실시양태에서, 상기 간격은 10 내지 50 ㎛이다. 일부 실시양태에서, 상기 간격은 100 ㎛를 초과할 수 있다. 일부 추가적인, 선택적으로 부가된, 또는 일련의 전체 실시양태에 의하면, 모든 각각의 커버 에지 세그먼트(32)와 공작물 에지 세그먼트(23) 사이의 거리 편차(differential distance)는 동일하다. 일부 추가적인, 선택적으로 부가된, 또는 일련의 전체 실시양태에 의하면, 각각의 커버 에지 세그먼트(32)와 공작물 에지 세그먼트(23) 사이의 거리 편차는 상이할 수 있다.
공작물 검사와 공구 경로 생성은 공작물(10)의 상면(38) 쪽을 향하는 카메라를 이용하여 공작물 및 정렬 특징부들을 검사함으로써 편리하게 처리될 수 있다. 미국 오리건주 포틀랜드 소재의 일렉트로 사이언티픽 인더스트리즈사(Electro Scientific Industries, Inc.)가 제조한 ESI 모델 5900cs 시스템을 비롯한 다수의 종래 레이저 가공 시스템은 이러한 기능을 가지고 있다. 특히, 개별적으로 스캔되는 공작물(10)에 맞추어진 공구 경로를 생성하기 위해 카메라들 및 이미지 패턴 인식 기능은 정렬 특징부와 관련하여 공작물 에지 프로파일을 식별할 수 있다.
그러나, 트리밍 정확도 및 본원에 개시되는 공작물(10)의 다수의 실시양태는 여러가지 이유로 표준 검사 및 공구 경로 생성 기법들을 배제하기도 하는 수많은 상황을 연출한다. 공작물(10)의 에지(22) 상에 있는 다양한 크기 및 유형의 특징부들로 인해, 특정 유형의 커버 재료들(30)(이를테면, 플라스틱 재료)을 원하는 형상으로 성형할 때 상이한 팽창률이 발생한다. 앞서 주목한 바와 같이, 커버 재료(30)의 에지 세그먼트(32)와 공작물(10)의 에지 세그먼트(23) 사이의 거리에 대한 사양은 마이크론 수준일 수 있으며, 일반적으로는 전체 공작물(10) 둘레로 서로로부터 수십 마이크론보다 더 이격되지 않을 수 있다. 본 출원인은 커버 에지(32)와 공작물 에지(22) 사이에 원하는 간격을 두기 위해서는 적응형 절삭(adaptive cut)이 바람직할 수 있다고 판단하였다. 본 출원인은 또한 각 공작물(10)을 개별적으로 검사하고, 각 공작물(10)에 대해 개별적으로 맞춤화된 트리밍 프로파일(및 가공 공구 경로)을 조정하는 것이 바람직할 것으로 판단하였다. 본 출원인은 또한 커버 재료(30)를 커버 저면(46)에서부터 절삭하면 공작물(10)의 측면(42)이 손상될 수 있으며, 그러므로 커버 재료를 상면(44)에서부터 절삭하는 것이 바람직할 수 있다고 판단하였다.
다수의 실시양태에 의하면, 커버 재료(20)의 상면(44)은 미학적 부분이며, 가공 및 에지 사양을 충족시키기 위해 적합한 정확도와 대비(對比)로 위치 정보를 제공하기 위한 결정적 특징부들이 없다. 더욱이, 다수의 실시양태에 의하면, 커버 재료는 불투명하여, 커버 재료(30)의 상면(44)을 통한 공작물 에지(22)의 검사가 허용되지 않는다. 따라서, 이들 실시양태에서는 공작물 주연 프로파일(24)을 정하기 위해 상면(44)에서부터 커버 재료(33)를 검사하고 측정하는 일이 일반적으로 실행 불가능하다.
특정 공작물 에지(22)에 맞춤화된 공구 경로를 생성하기 위해 공작물(10)의 저면에서부터 공작물 에지(22)를 검사하는 것이 가능할 수 있기는 하지만, 공작물(10)을 뒤집을 때 정렬 특징부들에 대한 위치맞춤 정밀도(registration)를 유지하는 것은 상업적 생산 시 문제가 될 수 있고 실용적이지 않을 수 있다(적절한 처리량 및 기타 다른 이유들로 인함). 게다가, 공작물 에지(22)로의 선명한 가시선 덕분에 카메라 검사 방법이 용이해진다. 일부 실시양태의 경우에 정확한 공작물 위치맞춤 정밀도와 정렬도(alignment)를 여전히 제공하면서 공작물 저면(40)에서부터 공작물 에지(22)의 선명한 가시선을 허용하는 지지 특징부를 설계하고 제조하는 데에는 많은 어려움이 따른다.
공작물(10)의 일부 실시양태의 경우, 본 출원인은 특히 에지 스캔 데이터를 획득하기 위한 별도의 측면-배향 스캐닝 시스템과 공작물 에지(22)를 가공하기 위한 상부-배향 가공 정렬 시스템 간에 기준 좌표계가 주어졌다면, 이러한 측면-배향 스캐닝 시스템과 상부-배향 가공 정렬 시스템을 통해 원하는 트리밍 사양을 달성할 수 있다고 판단하였다. 일부 실시양태의 경우, 정렬 핀과 같은 정렬 특징부(60)를 하나 이상 이용하여 측면-배향 스캐닝 시스템과 상부-배향 가공 정렬 시스템 간에 기준 좌표계를 제공함으로써, 공작물 에지(22)와 매칭되도록 돌출부(34)를 정확하고 정밀하게 트리밍하는 작업을 수월하게 만든다.
도 3a 내지 도 3c는 측면-배향 스캐닝 시스템과 상부-배향 가공 정렬 시스템 간에 기준 좌표계를 제공하기 위해 복수의 공작물 정렬 특징부(60a, 60b, 60c 및 60d)(포괄적으로 또는 총칭하여 정렬 특징부(60))를 이용하는 지지용 고정장치(36)의 예시적 실시양태의 전면 우측 등각도, 상부 평면도 및 배면 측면도를 나타낸다. 다수의 실시양태에서, 지지용 고정장치(36)의 치수는 공작물(10)의 치수보다 크다. 특히, 지지용 고정장치(36)는 공작물 주연(18)보다 큰 고정장치 주연(62)을 가질 수 있으며, 상기 공작물 주연(62)은 공작물 상면(38)의 표면적보다 큰 표면적을 갖는 고정장치 상면(64)을 획정할 수 있다. 아울러, 각 고정장치 에지 세그먼트(66)(이를테면, 고정장치 에지 세그먼트들(66a, 66b, 66c 및 66d)의 고정장치 에지 세그먼트 길이는 상응하는 공작물 에지 세그먼트(23)의 것보다 길 수 있다.
지지용 고정장치(36)가 어떠한 특정 형상을 가질 필요는 없다. 예를 들어, 지지용 고정장치는 도 3a에 나타낸 바와 같이 대체로 직사각형일 수 있거나, 또는 대체로 정사각형, 원형, 타원형, 난형(oval), 육각형 또는 팔각형일 수 있다. 또한, 지지용 고정장치(36)는 하나 이상의 고정장치 프레임 특징부(68a, 68b, 68c 및 68d)(총칭하여 또는 포괄적으로 고정장치 프레임 특징부(68))를 포함할 수 있으며, 이러한 고정장치 프레임 특징부는 상기 지지용 고정장치(36)의 대체적인 형상의 바깥쪽 너머로 연장되거나 안쪽으로 만입부를 형성할 수 있다. 프레임 특징부(68)는 지지용 고정장치(36)를 다루거나, 이송시키거나, 정렬시키는데 유용할 수 있다. 지지용 고정장치(36)는 또한 고정장치 핀(74) 및 고정장치 홀(hole)(76)과 같은 추가의 프레임 정렬 특징부들을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 각 지지 특징부(36)는 공정 이력 추적용 식별 수단을 제공하기 위해 고유 바코드나 다른 기계 판독식 식별자를 포함한다.
다수의 실시양태에서, 지지용 고정장치(36)는 공작물(10)을 지지용 고정장치(36)에 대해 정지 위치에 고정시키도록 구성될 수 있다. 도 3d는 경사 배향된 공작물(10)을 지지하는 지지용 고정장치(36)의 예시적 실시양태의 전면 우측 등각도이다.
일부 실시양태에서, 공작물 고정 기구는 진공원(vacuum source)(미도시)에, 이를테면 신속-연결 진공 공급선을 통해, 직접 또는 간접적으로 연결된 복수의 진공 홀(70)을 구비한다. 이들 진공 홀(70)은 고정장치 표면(64) 위에 다수의 행과 열로 이루어진 어레이 형태로 균일하게 분포될 수 있거나, 또는 이들 진공 홀(70)은 임의의 비-열적(columnar) 배치 형태로 균일하게 분포될 수 있다. 그러나, 이들 진공 홀(70)이 균일하게 분포될 필요는 없으며, 진공 홀(70)이 일정한 형상이나 크기를 가지지 않아도 된다. 아울러, 진공 홀(70)은 원형일 수 있거나 또는 임의의 다른 형상을 가질 수 있다. 대안적 고정 기구는 공작물(10)을 유지(hold)하기 위한 크기와 구성을 지닌 고정장치 표면(64)에 가이드 및 보유 레일(미도시), 클램프(미도시) 및 리세스(미도시)를 추가적으로 또는 대안적으로 이용할 수 있다.
도 3a를 다시 참조하면, 일부 실시양태에서, 정렬 특징부(60)는 지지용 고정장치(36)의 고정장치 표면(64)에 부착된다. 일부 실시양태에서, 정렬 특징부(60)는 고정장치 에지 세그먼트(66)에 부착되거나 상기 고정장치 에지 세그먼트를 따라 위치한다. 일부 실시양태에 의하면, 정렬 특징부(60)는 지지용 고정장치(36)에 형성된 홀(미도시)을 통해 돌출될 수 있으며, 지지용 고정장치(36)를 이동 및 위치시키도록 구성된 척, 스테이지 또는 컨베이어의 일부를 형성할 수 있다. 일부 실시양태에서는 지지용 고정장치(36) 자체가 척, 스테이지 또는 컨베이어의 일부를 형성한다.
정렬 특징부(60)는 고정장치 표면(64) 위의 혹은 고정장치 에지 세그먼트(66)를 따라 임의의 자리에 위치할 수 있다. 일부 실시양태에서, 정렬 특징부(60)는 공작물(10)의 바깥쪽에 위치한다. 통상, 고정장치 표면(64)에는 전체 공작물(10)을 지지하기에 충분한 크기의 시편 영역이 있으며, 이러한 시편 영역의 바깥쪽에 정렬 특징부(60)가 위치할 수 있다. 일부 실시양태에서, 정렬 특징부(60)는 고정 기구가 활용하고 있는 영역의 바깥쪽에, 이를테면 진공 홀(70)이 활용하고 있는 고정장치 표면 영역의 바깥쪽에 위치할 수 있다. 일부 바람직한 실시양태에서는 정렬 특징부(60)가 공작물(10)의 전체 경계선의 외부측에 배치됨에 따라, (가장자리에서의) 측면 스캔 도면으로부터 스캔하였을 때, 측면 스캔 시스템으로 획득한 데이터에서 정렬 특징부(60)는 공작물 에지(22)와 구별된다. 일부 추가적 또는 대안적 실시양태에서, 정렬 특징부(60)는 도 3a에 나타낸 바와 같이 고정장치 프레임 특징부(68) 내부에 위치할 수 있거나 상기 고정장치 프레임 특징부에 연결될 수 있다.
일부 추가적 또는 대안적 실시양태에서, 정렬 특징부(60)는 공작물 에지 세그먼트(23)의 교차 부분들 중 하나 이상 교차 부분의 바깥쪽에 위치할 수 있다. 일부 추가적 또는 대안적 실시양태에서, 지지용 고정장치(36)는 공작물 에지 세그먼트(23)의 각 교차 부분 당 하나의 정렬 특징부(60)와 합체된다. 일부 실시양태에서, 지지용 고정장치(36)는 공작물 에지 세그먼트(23)의 교차 부분들의 개수보다 많은 정렬 특징부(60)와 합체될 수 있다. 일부 실시양태에서, 지지용 고정장치(36)는 공작물 에지 세그먼트(23)의 교차 부분들의 개수보다 적은 정렬 특징부(60)와 합체될 수 있다.
일부 실시양태에서, 지지용 고정장치(36)는 일정 간격 이격되어 있는 두 개 이상의 정렬 특징부(60)의 두 세트를 지지한다. 일부 실시양태에서, 지지용 고정장치(36)는 지지용 고정장치(36)의 고정장치 표면(64)에 직사각형을 획정하는 모서리들에 위치한 네 개의 정렬 특징부(60)와 합체된다. 일부 실시양태에서, 이들 정렬 특징부(60)는 고정장치 에지 세그먼트(66)의 부분들과 평행한 선들을 따라 정렬된다. 그러나, 이들 정렬 특징부(60) 사이의 간격이 일정할 필요는 없으며, 정렬 특징부가 고정장치 에지 세그먼트(66)에 대해 정렬되지 않아도 된다.
일부 실시양태에서, 정렬 특징부들 중 두 개의 중심간의 간격은 약 10 m의 정확도 내에서 (이를테면 X-축에서) 200000 ㎛ 내지 210000 ㎛ 범위에 속한다. 일부 실시양태에서, 정렬 특징부들 중 두 개의 중심간의 간격은 약 10 ㎛의 정확도 내에서 (이를테면 Y-축에서) 140000 ㎛ 내지 142000 ㎛ 범위에 속한다. 일부 실시양태에 의하면, 중심간의 간격은 약 1 ㎛ 이내의 정확도를 가진다.
정렬 특징부(60)는 측면-배향 스캐닝 시스템과 상부-배향 가공 정렬 시스템 간에 기준 좌표계를 제공하도록 보통 3차원이다. 정렬 특징부는 다양한 형상을 가질 수 있다. 예시적 형상으로, 원통(이를테면, 직각원통, 그러나 단면이 타원형이거나 다른 형상일 수 있음), 뿔, 각뿔(이를테면, 직사각형, 정사각형, 삼각형 또는 다각형(육각형 또는 팔각형을 포함하지만 이에 한정되지는 않음) 밑면을 가짐), 직육면체, 또는 다각기둥(이를테면, 오각기둥, 육각기둥, 및 팔각기둥)이 포함되지만, 이에 한정되지 않는다. 일부 실시양태의 경우, 직각 원통이 바람직하다.
다수의 실시양태에서, 정렬 특징부(60) 각각은 편평한 상부 특징부 표면(80)을 가진다. 상기 편평한 상부 특징부 표면(80)은 고정장치 표면(64)과 평행할 수 있다. 일부 실시양태에서, 정렬 특징부(60)는 기지(known) 측면관(side view) 치수와 기지 상부관(top view) 치수를 가진다. 다수의 실시양태에서, 각각의 정렬 특징부(60)는 동일한 측면관 치수를 가지며, 각각의 정렬 특징부(60)는 동일한 상부관 치수를 가진다. 다수의 실시양태에서, 각 정렬 특징부(60)는 상부관 치수와 동일한 측면관 치수를 가진다. 그러나, 개별 정렬 특징부(60) 모두가 동일한 치수를 가질 필요는 없다. 예를 들어, 첫 번째 두 개의 정렬 특징부(60a 및 60b)는 동일한 치수를 공유할 수 있는 반면에, 두 번째 두 개의 정렬 특징부(60c 및 60d)는 동일한 치수를 갖되 상기 첫 번째 두 개의 정렬 특징부(60a 및 60b)의 치수와 상이한 치수를 공유할 수 있다. 일부 예에서, 측면관 치수 및 상부관 치수는 원통형 정렬 특징부(60)의 직경과 같다. 다른 예에서, 측면관 치수 및 상부관 치수는 직각기둥 정렬 특징부(60)의 길이들 중 하나와 같다.
일부 실시양태에서, 정렬 특징부(60)는 5 mm 이하의 직경 또는 상면 장축을 가진다. 일부 실시양태에서, 정렬 특징부(60)의 직경 또는 상면 장축은 4 mm 이하이다. 일부 실시양태에서, 정렬 특징부(60)의 직경 또는 상면 장축은 2 mm 이하이다. 일부 실시양태에서, 정렬 특징부(60)의 직경 또는 상면 장축은 1 mm 이하이다.
일부 실시양태에서, 정렬 특징부(60)의 직경 또는 상면 장축은 ±5 ㎛ 이내의 정확도를 가진다. 일부 실시양태에서, 정렬 특징부(60)의 직경 또는 상면 장축은 ±3 ㎛ 이내의 정확도를 가진다. 일부 실시양태에서, 정렬 특징부(60)의 직경 또는 상면 장축은 ±1 ㎛ 이내의 정확도를 가진다.
일부 실시양태에서, 지지용 고정장치(36)의 고정장치 표면(64)을 기준으로 정렬 특징부(60)의 높이는 커버 재료(30)를 절삭하는데 사용되는 레이저의 초점면과 대략 같게 되는 수준이다. 정렬 특징부의 높이와 레이저 초점면의 높이가 매칭되지 않으면 이러한 차이를 수용하기 위한 몇 가지 방법이 있다. 일부 실시양태에서, z-높이는 다양한 높이를 갖는 공작물(10)을 수용하기 위해 레이저와 카메라 둘 다에 대해 조절 가능하다. 간단한 오프셋을 통해 레이저와 카메라 간의 차이를 보완하도록 보정처리가 필요할 수 있다. 예를 들어, 시스템은 레이저가 z-높이 엔코더 기준에 대해 어디에서 초점이 맞는 지와, 정렬 카메라가 동 기준에 대해 어디에서 초점이 맞는 지를 확인할 수 있다. 레이저와 카메라 간의 스위칭이 이루어질 때, z-스테이지는 양쪽 이펙터(effector)에 적절한 초점 z-높이까지 이동할 수 있다.
일부 실시양태에서, 레이저 면은 초점이 맞추어져 있지만 정렬 특징부는 아닌 경우: 만일 정확도가 중요하지 않고(절삭에 대한 몇몇 추가 위치 에러가 허용될 수 있음), 정렬 특징부는 초점이 전적으로 맞추어지지는 않았지만 정렬 방법(카메라)을 통해 여전히 구별/확인 가능하다면, z-높이로 미스 매칭되는 것은 허용될 수 있으며; 만일 z-높이 차이가 사전에 알려졌다면, 초점면 외부측의 레이저 절삭 위치 정확도를 보장하기 위해 보정처리를 이용할 수 있다. 그러나, 레이저의 초점이 맞추어지지 않았다면 레이저 절삭 품질에 타격이 있을 수 있다(절삭부의 폭[절삭구(kerf)]이 더 클 가능성이 높다).
일부 실시양태에서, 지지용 고정장치(36)의 고정장치 표면(64)을 기준으로 정렬 특징부(60)의 높이는 커버 재료(30)의 상면(44)보다 높게 되는 수준이다. 일부 실시양태에서, 지지용 고정장치(36)의 고정장치 표면(64)을 기준으로 정렬 특징부(60)의 높이는 커버 재료(30)의 상면(44)보다 낮게 되는 수준이다.
일부 실시양태에 의하면, 이들 정렬 특징부(60) 중 하나 이상이 상부 스캔 도면에 상부 기준점(fiducial)을 부여한다. 일부 실시양태에서는 각 정렬 특징부(60)가 상부 스캔 도면에 상부 기준점(84)을 부여한다. 일부 실시양태에 의하면, 이들 정렬 특징부(60) 중 하나 이상이 측면 스캔 도면에 측면 기준점(미도시)을 부여한다. 일부 실시양태에서는 각 정렬 특징부(60)가 측면 스캔 도면에 측면 기준점을 부여한다. 일부 실시양태에서, 상부 기준점(84)은 측면 스캔 기준점과 (수직 방향으로) 정렬된다. 일부 실시양태에 의하면, 상부 기준점들(84)이 이용되지 않는다. 일부 실시양태에 의하면, 측면 기준점들이 이용되지 않는다. 일부 실시양태에서는 상부 기준점들(84)이 이용되고 측면 기준점들은 이용되지 않는다. 일부 실시양태에서는 상부 기준점들(84)이 이용되지 않고 측면 기준점들은 이용된다.
다수의 실시양태에서, 이러한 기준점들은 각각의 표면 혹은 표면들 상의 중심에 위치한다. 예를 들어, 상부 기준점(84)은 상부 특징부 표면(80)에 대해 중심에 있을 수 있다. 예를 들어, 만일 정렬 특징부(60)가 원통이라면, 상부 기준점(84)은 상부 특징부 표면(80)의 원의 중심에 위치할 수 있다. 예를 들어, 만일 정렬 특징부(60)가 정사각기둥이면, 상부 기준점(84)은 상부 특징부 표면(80)의 모서리들로부터의 대각선들의 교차지점에 위치할 수 있다. 측면 기준점은 도 3c에 나타낸 바와 같이 측면 스캔 도면에서 보았을 때 특징부의 에지들(86)에 대해 중심에 있을 수 있다. 일부 실시양태에서, 기준점은 표면이거나 또는 새겨진 이러한 점, 십자 기호 혹은 "x" 표시일 수 있다. 일부 실시양태에서, 기준점은 정렬 특징부(60)를 완전히 또는 일부 관통하여 드릴 가공된 홀일 수 있다. 대부분의 실시양태에서 기준점들이 중심에 위치하는 것이 바람직하기는 하지만 반드시 중심에 위치할 필요는 없다. 각뿔과 원뿔의 경우와 같이, 상부 스캔 도면에서 밑면이 중심점을 둘러싸고 있는 것으로 보이는 일부 실시양태에서, 상기 중심점은 기준점으로 기능할 수 있으며, 밑면의 한 변은 기준 에지(86)로 기능할 수 있다.
일부 실시양태에서, 상부 기준점(84)의 치수는 정렬 특징부(60) 상면(80)의 직경 또는 장축의 15% 이하이다. 일부 실시양태에서, 상부 기준점(84)의 치수는 정렬 특징부(60) 상면(80)의 직경 또는 장축의 10% 이하이다.
일부 실시양태에서, 상부 기준점(84)의 치수는 1 mm 이하이다. 일부 실시양태에서, 상부 기준점(84)의 치수는 750 ㎛ 이하이다. 일부 실시양태에서, 상부 기준점(84)의 치수는 500 ㎛ 이하이다.
일부 실시양태에서는, 공작물(22)의 에지 세그먼트들(23) 중 하나 이상의 측면도, 정렬 특징부(60)의 특징부 에지들(86) 중 하나 이상의 측면도, 및 상부 특징부 상면들(80) 중 하나 이상의 상면도를 수득하였다. 일부 실시양태에서는 측면 스캔을 이용함으로써, 공작물 에지의 특징과 관련된 공작물 에지 프로파일 데이터와; 측면도에서 얻어지는 특징부의 에지들(86)의 상대적 측면 위치와 관련된 측면 위치 데이터를 포함한 측면 스캔 데이터를 획득할 수 있다. 일부 실시양태에서는 상부 스캔을 이용함으로써, 상부 특징부 표면들(80)과 관련된 특징부 상부 위치 데이터를 포함한 상부 스캔 데이터를 획득할 수 있다. 도 5는 예시적 측면 스캔 데이터를 그래프로 나타낸 도면으로서, 공작물 에지 세그먼트(23)의 모서리들과 두 예시적 정렬 특징부의 상대적 위치를 보여준다. 도 6은 도 5의 측면 스캔 데이터의 한 예시적 부분을 확대하여 그래프로 나타낸 도면으로서, 정렬 특징부(60) 상면(80) 상의 한 기준점(84)과 상기 측면 데이터 사이의 관계를 나타낸다.
상부 스캔과 측면 스캔은 임의의 순서대로 수행될 수 있다. 일부 실시양태에서는 상부 스캔 전에 측면 스캔이 수행된다. 일부 실시양태에서는, 상부 스캔 또는 측면 스캔이 임의의 순서대로 2회 이상 수행될 수 있다. 일부 실시양태에서는 상부 스캔과 측면 스캔이 동시에 수행될 수 있다. 대부분의 실시양태에서, 공작물(10)은 상부 스캔 및 측면 스캔이 수행되는 내내, 그리고 가공 공정이 수행되는 내내 지지용 고정장치(36)에 대해 정지 위치에 유지된다. 그러나, 지지용 고정장치(36)는 이들 스캔이 수행되는 동안 정지되어 있거나 이동될 수 있다.
일부 실시양태에서, 측면 스캔은 하나 이상의 측면 스캔 센서에 의해, 이를테면 하나 이상의 변위 센서(예컨대, 간섭계)에 의해 수행된다. 일부 실시양태에서, 상부 스캔은 하나 이상의 상부 스캔 센서, 이를테면 하나 이상의 카메라에 의해 수행된다.
일부 실시양태에서, 측면 스캔은 다수의 측면 세그먼트 스캔을 포함할 수 있으며, 이때 각 측면 세그먼트 스캔은 정렬 특징부들(60) 중 적어도 둘 이상에 의해 정의된 벡터를 따라 수평 이동하여, 공작물(10)의 에지 세그먼트(23)의 모서리 또는 단부에 대한 정렬 특징부(60)의 상대 거리를 포착한다. 일부 실시양태에 의하면, 측면 세그먼트 스캔 중 하나 이상이 스캐닝 벡터 방향에 직각(수직)을 이룬다. 일부 실시양태에 따르면, 각각의 측면 세그먼트 스캔이 스캐닝 벡터 방향에 직각(수직)을 이룬다. 일부 실시양태에서, 측면 세그먼트 스캔은 벡터의 각 극한에서 정렬 특징부(60)를 너머 수집된 일부 스캔 데이터와 정렬 특징부(60)의 측정치를 포함함으로써, 정렬 특징부의 정확한 위치를 정할 수 있는 메커니즘을 제공한다. 이러한 방법의 한 실시양태를 도 5에 그래프로 나타내었다. 도 5a는 예시적 측면 스캔 데이터를 그래프로 나타낸 도면으로서, 임의의 한 공작물 에지 세그먼트(23)와 이상적 공작물 에지 세그먼트(27)의 편차를 보여준다.
일부 실시양태에서, 스캔 데이터는 각 측정 샘플 사이의 피치가 정해질 수 있는 방식으로 수신된다. 이러한 목적은 여러 가지 방식으로 달성될 수 있다. 일부 실시양태에서는 측면 스캔 센서가 선형 엔코더 혹은 위치 엔코더를 사용하여 공작물 에지(22)를 스캔할 때 측면 스캔 센서의 출력 데이터가 측면 스캔 센서의 선형 위치와 동기화될 수 있다
일부 실시양태에 의하면, 측면 스캔 센서의 샘플링 속도가 기지되어 고정되거나 불변하다는 예상 하에 공작물 에지(22)를 일정한 속도로 스캔할 수 있다. 이 정보를 이용하여, 공작물 에지 세그먼트(23) 당 거리(샘플 피치)를 산출할 수 있다. 일부 실시양태에서, 상기 일정한 속도는 기정 속도의 5% 이내로 유지된다.
일부 실시양태에 의하면, 공작물 에지(22)를 일정한 속도로 스캔할 수 있으며, 각 에지 측정에서 육안으로 보이는 두 정렬 특징부(60) 사이의 기지 거리를 활용함으로써 매 샘플 피치를 산출할 수 있다. 이러한 실시양태들 중 일부에서, 샘플링의 속도가 고정되거나 불변하고, 데이터 내에서 정렬 특징부(60)의 "중심들"을 식별하기 위해 바람직한 해상도를 제공하기에 샘플링 빈도가 충분하다면, 센서-샘플링 속도를 기지할 필요는 없다.
측면 스캔 모듈을 포함하는 예시적 시스템이 미국 오리건주 포틀랜드 소재의 일렉트로 사이언티픽 인더스트리즈사에 의해 모델명 6232 시스템으로 도입되고 있는 중이다. 일부 실시양태에서, 측면 스캔 모듈의 측면 스캔 센서로는 독일 발트키르쉬(Waldkirch) 소재의 SICK AG사가 제조한 모델명 SICK OD2-P30W04 센서가 이용된다.
일부 실시양태에서, 상부 스캔 센서는 정렬 특징부들(60)의 서로에 대한 상대 위치를 상면도로부터 맵핑하기 위해 상부 스캔 데이터를 획득하는데 이용된다. 이러한 상부 스캔 데이터에 대한 한 가지 목적은 측면 스캔(들)과 상부 스캔(들) 모두에 의해 검출된 정렬 특징부(60)에 대한 스케일 및 정렬 기준을 제공하는 데에 있다. 일부 실시양태에서, 이러한 상부 스캔 센서는 커버 재료(30)에 절삭부(들)를 형성하기 위해 가공 시스템이 이용하는 상부 스캔 센서와 뚜렷이 다르다. 레이저 가공 시스템이 사용하는 것과 뚜렷이 다른 상부 스캐닝 모듈을 구비하는 것의 이점은 한 공작물(10)을 가공하는 동안 다른 공작물(10)을 스캔할 수 있다는 점이다. 일부 이러한 실시양태에서는 상부 스캐닝 시스템들(가공 시스템 및 별도의 상부 스캐닝 모듈)은 물론 측면 스캐닝 시스템이 이상적 주연 프로파일을 이용할 수 있다. 이러한 탠덤 방식 스캐닝 및 가공은 각 공작물(10)에 할당되는 총 프로세싱 시간을 현저히 단축시킴으로써 전체 처리량을 거의 두 배로 만들 수 있다. 그러나, 일부 실시양태에서, 상부 스캔 센서는 가공 시스템에서 이용되는 상부 스캔 센서, 이를테면 미국 오리건주 포틀랜드 소재의 일렉트로 사이언티픽 인더스트리즈사가 제조한 모델명 5390 레이저 미세가공 시스템에서 이용되는 스캐닝 시스템일 수 있다. 정렬 특징부(60)의 상면을 맵핑하는 것과 가공 시스템을 정렬시키는 것을 위해 동일한 상부 스캔 센서를 사용하는 것의 이점은 이러한 구현을 통해 스캐닝 장비의 비용을 절감할 수 있고, 지지용 고정 장치(36)의 주행 및 정착 시간을 단축시킬 수 있다는 점이다.
일부 실시양태에서, 측정 시스템은 각 개별적 정렬 특징부(60)의 고유한 상부 스캔 데이터를 활용함으로써 측정 데이터를 가공 시스템이 사용하는 좌표계로 정확하게 변환하고, 가공 좌표계와 관련하여 절삭 부분 프로파일을 정한다.
앞서 주목한 바와 같이, 일부 실시양태에서, 정렬 특징부(60)의 상면(80)의 길이가 기지되며, 이때 상기 특징부 상면(80)의 정 중간에는 (가공 시스템의) 상부 스캐닝 시스템에 가시적인 중심 정렬 기준점(84)이 있다. 상부 스캐닝 시스템은 식별을 위해 기준점(84) 혹은 정렬 특징부(60)의 전체 상면(80)(이를테면, 원통형 정렬 특징부(60)의 경우 평면 원)이나, 또는 둘 다를 활용할 수 있다.
앞서 논의한 대부분의 실시양태에서는 정렬 특징부(60)의 중심을 스캔된 측정 데이터에서 구하는 것이 바람직하다. 일부 실시양태에서, 이러한 결정은 정렬 특징부(60)의 "변곡점"을 나타내는 곡선의 저점/고점을 구하기 위한 피팅 알고리즘에 의해 이루어질 수 있다. 도 6은 이러한 결정이 어떻게 이루어질 수 있는지에 대한 일 실시양태를 그래프로 나타낸다.
일부 실시양태에서, 이렇게 결정된, 측정 데이터 내 정렬 특징부(60)의 위치는 각 측면 세그먼트 스캔의 전체를 정확한, 그러나 임시의 2차원 측면 스캔 좌표계로 변환하기 위한 "고정점들(anchors)"로서 사용될 수 있다. 일부 실시양태에 의하면, 이러한 변환은 상기 구해진 정렬 특징부(60)의 "내부측" 중심(이를테면, 원통 내부 측으로 정확하게 1 반경에 해당되는 지점)을 관련 고정장치의 맵핑된 위치와 동일한 것으로 간주함으로써 달성될 수 있다. 이러한 변환은 공작물(10)의 모든(네 개) 측면(42)(에지 세그먼트(23))에 시행될 수 있다.
일부 실시양태에 의하면, 정렬 특징부(60)의 정해진 위치를 고정점으로 사용하여 (네 개의) 독립적인 측면 데이터 측정치를 함께 "오버레이" 또는 "어셈블"하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 예시적 좌측 데이터를 고려한다면 이러한 좌 측면 데이터에는 좌하 및 상하 정렬 특징부들(60)에 대한 측정치가 포함되는 한편, 저부측 측정 데이터에는 좌하 및 우하 정렬 특징부들(60)에 대한 측정치가 포함된다. 좌측 및 저부측의 2차원 좌표계로부터의 좌하 "고정점들"을 매칭할 수 있다. 이러한 매칭은 모든 (네 개) 측정치 2D 데이터세트를 활용하여 모든 정렬 지점에 시행될 수 있다. 정렬 특징부(60)와 관련하여 공작물(10)을 정확하게 표시하기 위한 결과적 매치 업을 위해, 일부 실시양태에 의하면, 이들 데이터세트에 있어 단 하나의 수직(true) 방향을 가지며, 상기 수직 방향이 (상부 스캐닝 시스템에 의해 가시적인 정렬 특징부(60)/정렬 기준점(84)의 상면(80)을 기준으로) 위로 "향하는" 것이 바람직할 수 있다. 도 5b는 공작물(10)의 네 측면으로부터의 예시적 측면 데이터를 그래프로 나타낸 도면으로서, 공작물 주연 프로파일(24)을 기준으로 배향된 에지 세그먼트들(23)의 측면 스캔 데이터를 포함한다.
고정점을 매칭하고, 에지 세그먼트에 관한 데이터를 어셈블하여 완전한 공작물 주연 프로파일(24)을 포함함으로써, 정렬 특징부(60)와 관련하여 지지용 고정장치(36) 내에 공작물 에지를 정확하게 나타내는 툴링 루트(tooling route), 궤적 또는 공구 경로를 정할 수 있게 된다. 이어서 이러한 공구 경로는 이를테면 파일 전송 프로토콜(FTP)을 통해 가공 시스템에 제공된다. 일부 실시양태에 의하면, 공작물 에지(22) 및 정렬 특징부(60)를 측정되었을 때와 가공처리가 수행되었을 때 간의 온도 변동으로 인한 고정장치 오프셋, 회전 및 가능한 크기 조정(scaling)을 보정하도록, 가공 시스템을 정렬 특징부(60)에 대해 정렬(또는 재정렬)시키는 것이 바람직할 수 있다. 커버 재료(30)의 커버 상면(44)을 공작물 에지(22)의 공작물 주연 프로파일(24)에 매칭되는 개별 맞춤형 공구 경로(100)를 이용하여 가공 시스템으로 가공할 수 있다. 도 6a는 지지용 고정장치(36)의 예시적 실시양태의 상부 평면도로서, 공작물(10) 상의 커버 재료(30)로 형성된 오버사이즈 층 위에 놓이는 공구 경로(100)를 보여준다.
장애물, 이를테면 고정장치 핀(74) 또는 기타 다른 장애물, 혹은 불완전한 데이터(또는 스캐너의 측정 범위 및 "레일(rail)"을 초과하는 데이터)가 (측면 스캔) 데이터에 "갭"을 형성할 수 있음을 이해할 것이다. 데이터 갭들을 브리징하는 방식은 가공 대상이 되는 공작물(10)에 따라 다를 수 있으며, 많은 실시양태의 경우에 필요하지 않을 수도 있다. 예시적 일 구현에서는 측정/처리 대상 공작물(10)("고스트(ghost)" 공구 경로로도 알려짐)을 위한 이상적 공작물 주연 프로파일(28)/공구 경로를 활용할 수 있다. 갭 브리징은 측면 스캔 데이터에서 데이터가 결측되어 있는 이상적 공작물 주연 프로파일(28)을 참조하고, 이러한 결측 데이터에 대해 이상적 궤적에서 연결시킴으로써 가능해질 수 있다. 일부 실시양태에서, 갭 브리징은 또한 마지막으로 기지된 양호한 측정 데이터 포인트들 간의 단순한 보간을 통해 달성될 수도 있다. 일부 실시양태에 의하면, 이들 방해물은 미리 주지되며, 스캐닝 시스템에 의해 엄폐(의도적으로 무시)될 수 있다. 이상치(outlier)를 제거하고/하거나 잡음이 많은 측정 데이터를 보정하기 위해 측정 데이터를 일부 필터링하는 것이 또한 바람직할 수도 있다.
도 7은 간이 예시적 측면 스캐닝 시스템(110)의 상부 평면도로서, 상기 측면 스캐닝 시스템은 공작물 에지 세그먼트(23) 및 정렬 특징부(60)의 측면 스캔 데이터를 획득하기 위해 하나 이상의 측면 변위 센서(112), 이를테면 측면 변위 센서들(112a, 112b, 112c 및 112d)를 포함한다. 도 7을 참조하면, 일부 실시양태에서, 지지용 고정장치(36)가 척, 컨베이어 또는 고정장치 레일(114)과 같은 이송 기구에 장착되기 전 또는 후에 공작물(10)을 지지용 고정장치(36) 위에 장착 또는 위치시킬 수 있다. 앞서 논의한 대로 지지용 고정장치(36)에 형성되어 있는 홀들(70)을 통해 진공압을 공작물(10)에 인가함으로써 공작물(10)을 제자리에 고정시킨다.
일부 실시양태에서, 지지용 고정장치(36)는 고정형 측면 변위 센서들(112) 사이로 이동할 수 있거나, 측면 변위 센서들이 공작물 에지 세그먼트들(23) 중 하나 이상을 따라 이동할 수 있거나, 지지용 고정장치(36)와 측면 변위 센서들(112)이 상대 이동을 할 수 있다(이 경우, 일부 실시양태에서 이러한 상대 이동은 기지된 일정한 상대 이동을 하는 것이 바람직할 것이다). 바람직하게는 스캐닝 과정 동안 공작물(10)과 지지용 고정장치(36) 사이의 고정식 위치맞춤 정밀도가 유지된다.
도 7을 다시 참조하면, 일부 실시양태에서, 고정형 측면 센서 모듈(111)은 한 쌍의 변위 센서(112b 및 112d)를 포함하며, 이들 변위 센서는 대향 배치되고, 공작물 에지 세그먼트(23b 및 23d) 쪽으로 각각 향해 고정되어 있으며, 공작물(10) 또는 지지용 고정장치(36)의 주행을 허용하기 위해 그 사이에 충분한 이격 거리를 두어 위치한다. 지지용 고정장치(36)가 고정장치 레일(114)(또는 척)에 의해 이동함으로써, 각각의 측면 변위 센서(112b 및 112d)의 스캔 필드를 통해 전 길이의 에지 세그먼트(23b 및 23d)가 공작물 이동 방향(116)을 따라 주행하게 된다. 이에 따라, 측면 변위 센서(112b 및 112d)는 공작물 에지 세그먼트(23b 및 23d) 모두의 측면 스캔 데이터를 동시에 획득할 수 있다. 일부 실시양태의 경우에는 센서의 시야 축이 고정장치 에지 세그먼트(66a)에 수직인 것이 바람직할 수 있지만; 측면 변위 센서들(112)의 시야 축이 수직이 되지 않도록 이들 측면 변위 센서가 위치할 수 있음을 이해할 것이다. 아울러, 일부 실시양태에서, 바람직하게는 측면 변위 센서들(112b 및 112d)이 동일한 축을 따라 위치할 수 있지만; 이들의 시야 축이 정렬될 필요는 없다. 더욱이, 지지용 고정장치(36)가 이동하는 동안 측면 변위 센서(112b 및 112d)가 이동할 수 있다.
계속 도 7을 참조하면, 일부 실시양태에서, 지지용 고정장치(36)는, 대향 배치되고 공작물 에지 세그먼트(23a 및 23c) 쪽으로 각각 향해 고정되어 있으며 공작물(10) 또는 지지용 고정장치(36)의 주행을 허용하기 위해 그 사이에 충분한 이격 거리를 두어 위치한 한 쌍의 변위 센서(112a 및 112c)를 지지하는 측면 센서 스테이지(118)를 포함한 이동형 측면 센서 모듈(117)로 이동하거나 장착될 수 있다. 바람직하게는 고정형 측면 스캔 모듈(11)에 의한 측면 스캔, 이동형 측면 센서 모듈(117)로의 이송, 및 이동형 측면 센서 모듈(117)에 의해 수행되는 스캔 동안에 공작물(10)과 지지용 고정장치(36) 사이의 고정식 위치맞춤 정밀도가 유지된다.
일부 실시양태에 의하면, 특히 지지용 고정장치(36)의 배향이 고정형 측면 센서 모듈(111)과 이동형 측면 센서 모듈(117) 사이에서 변경되지 않는다면, 측면 배위 센서들(112a 및 112c)은 측면 배위 센서들(112b 및 112d)의 배향에 대해 가로 방향 배향이며, 바람직하게는 수직 방향 배향이다. 그러나, 일부 대안적 실시양태에 의하면, 지지용 고정장치(36)의 배향은 이를테면 턴 테이블(예컨대 이동형 측면 센서 모듈(117) 대용) 상에서 변경될 수 있으며, 지지용 고정장치(36)는 공작물 에지 세그먼트(23a 및 23c)에 대한 측면 스캔 데이터를 획득하도록 고정형 측면 센서 모듈(111)을 통해 역행될 수 있다. 지지용 고정장치(36)의 회전 시 모든 에지 세그먼트(23)의 측면 스캔 데이터를 획득하도록 측면 스캔 센서들(112)을 턴 테이블 둘레에 고정 배치할 수 있거나, 또는 측면 스캔 센서들(112)이 고정형 지지용 고정장치(36) 주위를 회전하도록 이들 측면 스캔 센서를 플랫폼에 탑재할 수 있음을 또한 주목한다.
측면 변위 센서들(112a 및 112c)은 서로, 그리고 측면 변위 센서들(112b 및 112d)과도 동일할 수 있거나; 또는 측면 변위 센서들(112a 및 112c)이 서로 혹은 측면 변위 센서들(112b 및 112d)과는 상이한 유형의 것일 수 있다.
도 7의 이동형 측면 센서 모듈(117)을 다시 참조하면, 측면 센서 스테이지(118)는 측면 변위 센서들(112a 및 112c)을 센서 주행(120) 방향으로 이동시킬 수 있는 한편, 지지용 고정장치(36)는 고정되어 있어 공작물 에지 세그먼트들(23a 및 23c)에 대한 측면 센서 데이터를 획득한다. 측면 변위 센서(112)가 모든 공작물 에지 세그먼트(23)를 스캔한 후, 공작물(10)과 지지용 고정장치(36) 사이의 고정식 위치맞춤이 바람직하게는 유지되는 동안, 지지용 고정장치는 도 8에 나타낸 레이저 시스템과 같은 가공 시스템에 이송될 수 있다.
도 8은 이를테면 공작물(10) 상의 커버 재료(30)에 절삭부를 형성함으로써 공작물(10)을 가공하는데 적합한 레이저 미세가공 시스템(140)과 같은 예시적 가공 시스템의 일부 구성요소의 간이 부분 개략적 사시도이다. 도 8을 참조하면, 웨이퍼 또는 다른 반도체 산업 재료 기판(12) 또는 커버 재료(30)와 같은 공작물(10)을 가공하거나 절삭하는데 레이저가 이용되어 왔다. 예시적 커버 재료(30)로, 불투명하거나 투명하지 않는 세라믹, 유리, 플라스틱, 폴리카보네이트, 아크릴 및 금속, 또는 이들의 조합물이 포함될 수 있다. 이들 예시적 재료는 결정성이거나 비결정성일 수 있다. 이들 예시적 재료는 천연이거나 합성일 수 있다.
커버 재료(30) 레이저 가공의 신뢰성과 반복정밀도(repeatability)를 향상하기 위해 선택될 수 있는 예시적 레이저 펄스 매개변수로, 레이저 유형, 파장, 펄스 폭(pulse duration), 펄스 반복률, 빔 축 이동 속도(빔 속도), 펄스 개수, 펄스 에너지, 펄스의 일시적 파형, 펄스의 공간적 파형, 및 초점 크기와 형상이 포함된다. 추가 레이저 펄스 매개변수로, 커버 재료(30)의 상면(44)에 대한 초점의 위치를 명시하는 것과, 공작물(10)을 기준으로 레이저 펄스의 상대 이동을 안내하는 것이 포함된다.
도 8을 다시 참조하면, 공작물(10)의 커버 재료(30)의 상면(44) 위 또는 밑에 스폿들(132)을 가공하도록 작동가능한 일부 예시적 레이저 가공 시스템(140)으로, ESI MM5330 미세가공 시스템, ESI MM5335 미세가공 시스템, ESI ML5900 미세가공 시스템 및 ESI 5950 이세가공 시스템이 있으며, 이들 모두는 미국 오리건주 포틀랜드 소재(우편번호 97229)의 일렉트로 사이언티픽 인더스트리즈사가 제조하였다.
이들 시스템(140)은 통상 레이저(150), 이를테면 CO2 레이저를 이용한다. 그러나, 이들 시스템은 커버 재료(30)를 양호한 신뢰성과 반복정밀도로 절삭하기 위해 적당한 레이저, 레이저 광학장치, 부품 핸들링 장비 및 제어 소프트웨어를 교체 또는 추가시키는 등으로 이에 맞게 바꿀 수 있다. 이러한 변경을 통해 레이저 미세가공 시스템(140)은 적당한 레이저 매개변수들을 가진 레이저 펄스를 적절하게 배치 및 유지되어 있는 공작물(10) 상의 원하는 위치에 원하는 스폿(132)을 생성하기 위해 레이저 스폿 또는 펄스 간에 원하는 속도 및 피치로 인가할 수 있게 된다.
일부 실시양태에서 레이저 미세가공 시스템(140)은 약 266 nm (자외선(UV)) 내지 약 1320 nm (적외선(IR))의 파장을 최대 50 MHz 또는 훨씬 더 큰 펄스 반복률로 방출하도록 구성될 수 있는 다이오드 펌핑형 고체 상태 레이저를 이용하고, 일부 실시양태에서는 1064 nm의 파장에서 작동하는 다이오드 펌핑형 Nd:YVO4 고체 상태 레이저(150), 이를테면 독일 카이저슬라우테른 소재의 루메라 레이저 게엠베하사가 제조한 모델 레피드(Rapid)를 이용한다. 고체 상태 고조파 주파수 발생기를 사용하여 임의로 상기 레이저(150)의 주파수를 2배로 증가시킴으로써 파장을 532 nm까지 줄여 가시(녹색) 레이저 펄스를 생성하거나, 약 355 nm까지 주파수를 3배 또는 약 266 nm까지 주파수를 4배 증가시킴으로써 자외선(UV) 레이저 펄스를 생성할 수 있다. 본 레이저(150)가 생성하는 연속 정격 출력은 6 Watts이고, 최대 펄스 반복률은 1000 KHz이다. 본 레이저(150)는 제어부(154)와 협력 작용하여 1 ps 내지 1,000 ns의 폭을 가진 레이저 펄스(1)를 생성한다.
일부 실시양태에서, 레이저 미세가공 시스템(140)은 기본 파장이 약 1030 내지 1550 nm 범위인 다이오드 펌핑형 에르븀(erbium)-도핑 섬유 레이저를 이용한다. 고체 상태 고조파 주파수 발생기를 사용하여 임의로 이들 레이저의 주파수를 2배로 증가시킴으로써 파장을 약 515 nm까지 줄여 가시(녹색) 레이저 펄스를 생성하거나, 예를 들면, 파장을 약 775 nm까지 줄여 가시(암적색) 레이저 펄스를 생성할 수 있거나, 또는 약 343 nm 혹은 약 517 nm까지 주파수를 3배로 증가시키거나 약 257 nm 혹은 약 387.5 nm까지 주파수를 4배 증가시킴으로써 자외선(UV) 레이저 펄스를 생성할 수 있다. 보다 일반적으로, 일부 실시양태에서, 레이저 파장은 200 nm 내지 3000 nm의 파장을 포함한다.
이들 레이저 펄스는 가우시안 형태를 가지거나, 또는 통상 광 경로(160)를 따라 위치된 하나 이상의 광학 부품을 포함하는 레이저 광학장치(162)에 의해 특별한 형태로 만들어지거나 조정될 수 있어, 원하는 특성의 스폿(132)이 가능해지도록 한다. 예를 들어, 커버 재료(30)에 충돌되는 일정한 방사선량의 레이저 펄스를 전체 스폿(132)에 걸쳐 인가시키는 "톱 햇(top hat)" 공간 프로파일을 이용할 수 있다. 이와 같이 특별한 형태로 만들어진 공간 프로파일은 회절 광학계나 다른 빔-성형 구성요소를 사용하여 생성될 수 있다. 레이저 스폿(132)의 공간적 방사 프로파일 변경에 관한 상세 설명은 Corey Dunsky 등의 미국 특허 제6,433,301호에서 찾아볼 수 있으며, 상기 특허는 본원의 양수인에 양도되었고, 여기에 참조로 통합되었다.
레이저 펄스는 광 경로(160)를 따라 전파되며, 이때 광 경로에는 접이식 미러(164), 감쇠기 또는 펄스 선택기(이를테면, 음향광학 소자 또는 전기광학 소자)(166), 및 피드백 센서(이를 테면, 에너지, 타이밍 또는 위치 피드백 센서)(168)가 또한 포함될 수 있다. 광 경로(160)를 따라 구비된 레이저 광학장치(162)와 다른 구성요소들은, 제어부(154)에 의해 안내되는 레이저 빔-포지셔닝 시스템(170)과 협력 작용하여, 레이저 펄스 전파의 빔 축(172)을 광 경로(160)를 따라 안내하여, 원하는 레이저 스폿 위치에 커버 재료(30)의 상면(44)에 근접하게 레이저 초점을 형성한다.
레이저 가공 시스템(140)은 카메라(130)와 같은 상부 스캔 센서를 하나 이상 포함하여 빔 축(172)을 공작물(10)에 또는 지지용 고정장치(36)의 정렬 특징부(60)에 정렬시킬 수 있으며, 이로써 레이저 스폿(132)이 공작물(10)을 기준으로 원하는 공구 경로를 따라 향할 수 있도록 한다. 앞서 의논한 바와 같이, 카메라(130)는 정렬 특징부(60)에 관한 상부 스캔 데이터를 획득하는데 사용될 수도 있다. 정렬 특징부(60)의 상면(80) 맵핑을 수행하는 용도로도 카메라(130)를 사용하는 일부 실시양태에서는 정렬 특징부(60)가 크기조정 데이터를 제공하기 때문에 가공 시스템의 자동-크기조정 설정을 꺼 둘 수 있다. 카메라(130)가 빔 축(172)에서 오프셋되기도 하지만 그에 맞추어 보정될 수 있다. 그러나, 일부 실시양태에서, 카메라(132)는 빔 축(172)을 공유할 수 있다.
레이저 빔-포지셔닝 시스템(170)은 레이저(150)를 X-축과 같은 주행축을 따라 이동시키도록 작동가능한 레이저 스테이지(182)와, 고속 포지셔너(미도시)를 Z-축과 같은 주행축을 따라 이동시키는 고속-포지셔너 스테이지(184)를 포함할 수 있다. 전형적인 고속 포지셔너는 커버 재료(30) 상의 넓은 범위에 걸쳐 빔 축(172)의 방향을 신속하게 변화시킬 수 있는 한 쌍의 검류계-제어식 미러를 이용한다. 통상적으로 이러한 범위는 Y-축 및/또는 Z-축과 같은 하나 이상의 축을 따라 공작물(10)이 이동하도록 하는 공작물 스테이지(186)에 의해 제공되는 이동 범위보다 작다.
음향광학 소자 혹은 변형 미러(deformable mirror)의 빔 편향 범위가 검류계 미러의 것보다 작은 경향은 있지만, 이들 소자 역시 고속 포지셔너로 사용될 수 있다. 대안으로, 음향광학 소자 혹은 변형 미러는 검류계 미러에 더하여 고속 포지셔닝 소자로 사용될 수 있다.
그 외에도, 지지용 고정장치(36)의 정렬 특징부(60)를 빔 축(172)을 기준으로 위치시키도록 작동가능한 모션 제어 부재들이 구비된 공작물 스테이지(186)에 의해 지지용 고정장치(36)가 지지될 수 있다. 공작물 스테이지(186)는 단일 축(이를테면, Y-축)을 따라 주행하도록 작동될 수 있거나, 공작물 스테이지(186)는 가로 놓인 축들(이를테면, X-축 및 Y-축)을 따라 주행하도록 작동될 수 있다. 대안으로, 공작물 스테이지(86)는 공작물(10)을 지지용 고정장치(36) 상에서 예컨대 Z-축을 중심으로 회전시키도록 (단독으로, 또는 이에 더하여 공작물(10)을 지지용 고정장치(36) 상에서 X-축 및 Y-축을 따라 이동시키도록) 작동될 수 있다.
제어부(154)는 레이저 빔-포지셔닝 시스템(70) 및 공작물 스테이지(86)의 동작을 조정하여 복합적인 빔-포지셔닝 기능을 제공할 수 있으며, 이는 공작물(10)이 빔 축(172)에 대해 연속적 상대 이동을 하는 동안 커버 재료(30)를 수월하게 절삭할 수 있게 한다. 이 기능은 커버 재료(30)를 가공하는데 필요한 것이 아니라 처리량을 높이는데 바람직할 수 있다. 이 기능에 대해 Donald R. Cutler 등의 미국 특허 제5,751,585호에 기재되어 있으며, 상기 특허는 본원의 양수인에 양도되었고, 여기에 참조로 통합되었다.
추가적 또는 대안적 빔 포지셔닝 방법들을 이용할 수 있다. 일부 추가적 또는 대안적 빔 포지셔닝 방법이 Spencer Barrett 등의 미국 특허 제6,706,999호와 Jay Johnson의 미국 특허 제7,019,891호에 기재되어 있으며, 상기 특허들은 본원의 양수인에 양도되었고, 여기에 참조로 통합되었다. 일부 실시양태에서 유리하게 이용될 수 있는 레이저 매개변수로, IR 내지 UV 범위의, 또는 구체적으로는 약 3000 nm 내지 약 200 nm의, 또는 더 구체적으로는 약 10.6 마이크론 내지 약 266 nm의 파장을 갖는 레이저(150) 사용이 포함된다. 레이저(50)는 1 W 내지 100 W, 또는 더 바람직하게는 1 W 내지 12 W 범위 내에서, 즉 2 W에서 작동할 수 있다. 펄스 폭은 1 ps 내지 1000 ns, 또는 더 바람직하게는 약 1 ps 내지 200 ns 범위이다. 레이저 반복률은 1 KHz 내지 100 MHz, 또는 더 바람직하게는 10 KHz 내지 1 MHz 범위에 속할 수 있다. 레이저 플루언스(laser fluence)는 약 1.0 X 10-6 J/cm2 내지 100.0 J/cm2, 또는 더 구체적으로는 약 1.0 X 10-2 J/cm2 내지 10.0 J/cm2 범위일 수 있다. 빔 축(172)이 공작물(10)을 기준으로 이동하는 속도는 1 mm/s 내지 10 m/s, 또는 더 바람직하게는 100 mm/s 내지 1 m/s 범위이다. 커버 재료(30) 상에서 이웃하는 스폿(132) 행들 사이의 피치 또는 간격은 1 마이크론 내지 100 마이크론, 또는 더 바람직하게는 10 마이크론 내지 100 마이크론 범위일 수 있다. 레이저 빔의 초점에서 측정된, 레이저 펄스들의 빔 허리의 주(主) 공간축은 10 마이크론 내지 1000 마이크론, 또는 50 마이크론 내지 500 마이크론 범위일 수 있다. 일부 실시양태에서, 초점의 빔 허리는 1 마이크론 내지 50 마이크론이다. 일부 실시양태에서, 초점의 빔 허리는 1 마이크론 내지 25 마이크론이다. 일부 실시양태에서, 초점의 빔 허리는 1 마이크론 내지 5 마이크론이다.
1 내지 1,000 ps 범위 내의 레이저 펄스 폭을 생성하는 피코초 레이저의 사용은 양호한 신뢰성 및 반복정밀도로 일부 반도체 기판 내에 절단부를 만드는 좋은 방식을 제공한다. 일부 실시양태에서는 1 내지 100 ps 범위 내의 펄스 폭이 이용될 수 있다. 일부 실시양태에서는 5 내지 75 ps 범위 내의 펄스 폭이 이용될 수 있다. 일부 실시양태에서는 10 내지 50 ps 범위 내의 펄스 폭이 이용될 수 있다. 1 내지 1000 펨토초(fs) 범위의 펄스 폭을 생성하는 펨토초 레이저가 그 대안으로 좋은 결과를 제공할 수 있는 것으로 추측된다. 대안으로, 1 fs 내지 500 나노초(ns) 범위에 속하는 펄스 폭이 이용될 수 있다. 일부 실시양태에서는 500 fs 내지 10 ns 범위에 속하는 펄스 폭이 이용될 수 있다. 그러나, 피코초 레이저를 사용하는 것의 이점은 기존의 펨토초 레이저보다 피코초 레이저가 훨씬 저렴하고, 유지비가 훨씬 덜 드며, 통상은 작동 수명이 훨씬 더 길다는 것이다. 그럼에도, 더 큰 비용에도 불구하고 펨토초 레이저가 일부 예에서 선호되기도 한다.
본 개시에 따른 커버 재료(30)를 절삭하기 위해 O'Brien 등의 미국 재발행 특허 제RE 43,605호에 개시된 것과 같은 스티칭-절삭 및 다른 기법과 매개변수들 중 다수를 채택할 수 있다. 미국 재발행 특허 제RE 43,605호는 본원의 양수인에 양도되었으며, 여기에 참조로 통합되었다.
전술된 내용은 본 발명의 실시양태들을 예시하는 것일 뿐 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 몇몇 특정의 예시적인 실시양태들을 설명하였지만, 해당 기술 분야에 숙련자라면 본 발명의 신규한 교시내용과 이점들을 실질적으로 벗어나지 않으면서, 개시된 예시적인 실시양태에 대한 많은 변형예는 물론, 다른 실시양태들도 가능하다는 것을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 모든 이러한 변형예는 청구범위에 한정된 본 발명의 범주 내에 포함되는 것으로 의도된다. 예를 들어, 숙련자라면 임의의 문장 또는 문단의 주제가, 상호 배타적인 경우를 제외하고는, 여타 문장 또는 문단의 일부 또는 모두의 주제와 서로 조합될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
해당 기술 분야의 숙련자에게는, 본 발명의 기본 원리들을 벗어나지 않으면서, 전술된 실시양태의 상세 내용이 많이 변경될 수 있다는 것이 자명할 것이다. 그러므로 본 발명의 범주는 이하 청구범위에 의해 결정되어야 하며, 이때 청구범위의 균등물들도 본 발명의 범주에 포함된다.

Claims (112)

  1. 공작물에 감합(fit)되는 커버 재료를 가공하기 위한 맞춤형 공구 경로를 결정하는 방법에 있어서, 상기 공작물은 공작물 상면, 공작물 저면, 및 공작물 상면과 공작물 저면 사이의 공작물 측면, 그리고 공작물 측면을 따라 위치한 공작물 에지를 가지며, 상기 커버 재료는 커버 상면, 커버 저면, 및 커버 상면과 커버 저면 사이의 커버 측면, 그리고 커버 측면에 위치한 초기 커버 에지를 가지며, 공작물 상면이 커버 재료를 지지함에 따라 커버 저면은 공작물 상면에 더 근접해지고 커버 상면은 공작물 상면에서 더 멀어지게 되며, 초기 커버 에지는 공작물 에지에 매칭되지 않는 것인 방법으로서,
    공작물을 지지용 고정장치에 고정시키는 단계로서, 공작물을 지지용 고정장치를 기준으로 정지 위치에 고정시키되, 공작물 저면이 지지용 고정장치에 더 근접하고 공작물 상면이 지지용 고정장치로부터 더 멀도록 고정시키며, 지지용 고정장치는 제1 특징부 상부 치수와 제1 특징부 측면 치수를 갖는 제1 정렬 특징부 및 제2 특징부 상부 치수와 제2 특징부 측면 치수를 갖는 제2 정렬 특징부를 포함한 복수의 정렬 특징부와 합체(associate)되는 것인 고정 단계;
    공작물 측면, 제1 특징부 측면, 제2 특징부 측면, 제1 특징부 상부 및 제2 특징부 상부를 스캔하는 단계로서, 측면 스캔을 이용하여 측면 스캔 데이터를 획득하고, 상부 스캔을 이용하여 상부 스캔 데이터를 획득하며, 측면 스캔 데이터는 공작물 에지의 특징과 관련된 공작물 에지 프로파일 데이터를 포함하며, 측면 스캔은 제1 특징부 측면과 제2 특징부 측면의 상대적 측면 위치들과 관련된 측면 위치 데이터를 포함하며, 상부 스캔으로부터 제1 특징부 상부와 관련된 제1 특징부 상부 위치 데이터 및 제2 특징부 상부와 관련된 제2 특징부 상부 위치 데이터를 획득하는 것인 스캔 단계; 및
    공작물 에지와 관련된, 커버 재료의 커버 상면에 걸쳐 공구 경로를 결정하는 단계로서, 공구 경로는 상부 스캔 데이터와 측면 스캔 데이터의 상호관계에 기반한 것인 공구 경로 결정 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    가공 공구의 절삭 공구 축을 공구 경로를 따라 커버 상면 상의 한 위치에 상대적으로 정렬시키는 단계; 및
    가공 공구를 이용하여 공작물 에지와 관련된 공구 경로를 따라 커버 상면을 절삭함으로써 공작물 에지와 매칭되는 가공된 커버 에지를 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
  3. 공작물에 감합되는 커버 재료를 가공하기 위한 맞춤형 공구 경로를 결정하는 방법에 있어서, 상기 공작물은 공작물 상면, 공작물 저면, 및 공작물 상면과 공작물 저면 사이의 공작물 측면, 그리고 공작물 측면을 따라 위치한 공작물 에지를 가지며, 상기 커버 재료는 커버 상면, 커버 저면, 및 커버 상면과 커버 저면 사이의 커버 측면, 그리고 커버 측면에 위치한 초기 커버 에지를 가지며, 공작물 상면이 커버 재료를 지지함에 따라 커버 저면은 공작물 상면에 더 근접해지고 커버 상면은 공작물 상면에서 더 멀어지게 되며, 초기 커버 에지는 공작물 에지에 매칭되지 않는 것인 방법으로서,
    공작물을 지지용 고정장치에 고정시키는 단계로서, 공작물을 지지용 고정장치를 기준으로 정지 위치에 고정시키되, 공작물 지지용 고정장치는 가공 공구에 대한 좌표계를 기준으로 보정된 고정장치 위치를 가지며, 공작물 저면이 지지용 고정장치에 더 근접하고 공작물 상면이 지지용 고정장치로부터 더 멀도록 고정시키고, 지지용 고정장치는 제1 특징부 측면 치수를 갖는 제1 정렬 특징부 및 제2 특징부 측면 치수를 갖는 제2 정렬 특징부를 포함한 복수의 정렬 특징부와 합체되는 것인 고정 단계;
    공작물 측면, 제1 특징부 측면, 및 제2 특징부 측면을 스캔하는 단계로서, 측면 스캔을 이용하여 측면 스캔 데이터를 획득하고, 측면 스캔 데이터는 공작물 에지의 특징과 관련된 공작물 에지 프로파일 데이터를 포함하며, 측면 스캔은 제1 특징부 측면과 제2 특징부 측면의 상대적 측면 위치들과 관련된 측면 위치 데이터를 포함하는 것인 스캔 단계;
    공작물 에지와 관련된, 커버 재료의 커버 상면에 걸쳐 공구 경로를 결정하는 단계로서, 공구 경로는 측면 스캔 데이터와 가공 공구에 대한 좌표계를 기준으로 보정된 고정장치 위치의 상호관계에 기반한 것인 공구 경로 결정 단계;
    가공 공구의 절삭 공구 축을 공구 경로를 따라 커버 상면 상의 한 위치에 상대적으로 정렬시키는 단계; 및
    가공 공구를 이용하여 공작물 에지와 관련된 공구 경로를 따라 커버 상면을 절삭함으로써 공작물 에지와 매칭되는 가공된(processed) 커버 에지를 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 정렬 특징부들은 각각 정렬 핀인, 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    레이저를 이용하여 공작물 에지와 관련된 공구 경로를 따라 커버 상면을 절삭함으로써 공작물 에지와 매칭되는 가공된 커버 에지를 형성하는 것인, 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 공작물 에지는 공작물 주연을 형성하고, 상기 초기 커버 에지는 초기 커버 에지 주연을 형성하며, 상기 가공된 커버 에지는 가공된 커버 주연을 형성하는 것인, 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 공작물 에지는 복수의 가로 방향 공작물 에지 세그먼트를 포함하고, 상기 초기 커버 에지는 복수의 가로 방향 초기 커버 에지 세그먼트를 포함하는 것인, 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 공작물은 지지용 고정장치를 기준으로 임의의 위치에 장착되고, 상기 제1 정렬 특징부와 제2 정렬 특징부는 공작물 주연의 외부측에 놓이는 것인, 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 공작물은 진공압에 의해 지지용 고정장치에 고정되는 것인, 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 지지용 고정장치의 주면(major surface) 치수가 공작물의 것보다 큰 것인, 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 지지용 고정장치는 공작물 에지를 따른, 커버 저면과 수직 교차되는 가공 축의 이용을 방지하는 고정장치 표면 영역을 갖는 것인, 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 정렬 특징부와 상기 제2 정렬 특징부는 공작물이 지지용 고정장치에 고정되었을 때 상기 공작물에 정적 기준(static reference)을 제공하는 것인, 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 특징부 측면과 상기 제2 특징부 측면의 상대적 측면 위치들의 크기 조정(scale)을 위해 기정된 특징부 이격 거리를 이용하는 것인, 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 공작물 상면은 공작물 에지 이격 거리만큼 서로 이격 배치된 대향하는 공작물 에지 세그먼트들을 구비하며, 상기 제1 및 제2 정렬 특징부들 간의 이격 거리는 상기 공작물 에지 이격 거리보다 긴 것인, 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 측면 스캔 데이터는 하나 이상의 변위 센서에 의해 획득되는 것인, 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 스캔 단계는 맵핑 조작을 포함하는 것인, 방법.
  17. 제7항에 있어서,
    두 개의 정렬 특징부 사이에 각 공작물 에지 세그먼트가 감합되도록 충분한 개수의 추가 정렬 특징부를 이용하는 것인, 방법.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 제1 정렬 특징부와 상기 제2 정렬 특징부는 특징부 라인을 따라 위치하며, 상기 공작물 에지는 상기 특징부 라인에 나란하지 않게(nonparallel) 위치하는 것인, 방법.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 제1 정렬 특징부는 제1 특징부 직경을 가지고, 상기 제2 정렬 특징부는 제2 특징부 직경을 가지며, 상기 제1 특징부 직경과 상기 제2 특징부 직경은 상이한 것인, 방법.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 제1 정렬 특징부는 제1 특징부 직경을 가지고, 상기 제2 정렬 특징부는 제2 특징부 직경을 가지며, 상기 제1 특징부 직경과 상기 제2 특징부 직경이 같은 것인, 방법.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 공작물 에지는 기정된 공작물 길이에 근사한 공작물 길이를 갖는 것인, 방법.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 가공된 커버 에지의 임의의 커버 부분은 상기 공작물 에지의 각각의 최근접 공작물 부분의 100 마이크론 이내에 있는 것인, 방법.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 가공된 커버 에지의 임의의 커버 부분은 상기 공작물 에지의 각각의 최근접 공작물 부분의 50 마이크론 이내에 있는 것인, 방법.
  24. 제1항에 있어서,
    상기 가공된 커버 에지의 임의의 커버 부분은 상기 공작물 에지의 각각의 최근접 공작물 부분의 25 마이크론 이내에 있는 것인, 방법.
  25. 제6항에 있어서,
    상기 커버 주연과 상기 공작물 주연 사이의 임의의 갭은 눈에서 25 mm 이상의 거리를 두고 평균 시력의 육안으로 보았을 때 일정한 것으로 나타나는 것인, 방법.
  26. 제1항에 있어서,
    상기 공작물 에지는 50 mm보다 긴, 방법.
  27. 제1항에 있어서,
    상기 공작물 에지는 375 mm보다 긴, 방법.
  28. 제1항에 있어서,
    상기 커버 재료는 시각적으로 불투명한 재료를 포함하는 것인, 방법.
  29. 제1항에 있어서,
    상기 커버 재료는 플라스틱 재료를 포함하는 것인, 방법.
  30. 제1항에 있어서,
    상기 커버 재료의 상면에는 정렬 특징부가 없는 것인, 방법.
  31. 제1항에 있어서,
    상기 제1 정렬 특징부는 제1 정렬 기준점을 포함한 제1 특징부 상면을 가지며, 상기 제2 정렬 특징부는 제2 정렬 기준점을 포함한 제2 특징부 상면을 가지며, 상기 제1 및 제2 정렬 기준점들은 각각의 정렬 특징부 주 치수(major dimensions)보다 작은 기준점 주 치수를 갖는 것인, 방법.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 제1 정렬 기준점은 제1 특징부 상면의 중심에 있고, 상기 제2 정렬 기준점은 제2 특징부 상면의 중심에 있는 것인, 방법.
  33. 제1항에 있어서,
    상기 에지 프로파일 데이터의 특징은 공작물 측면을 따라 다수 지점들 각각이 측면 센서의 축을 통과할 때의 상기 지점들 각각과 측면 스캔 센서 사이의 거리가 포함하는 것인, 방법.
  34. 제1항에 있어서,
    다수의 지지용 고정장치들 각각은, 서로에 대해 각각 맵핑되어 각 지지용 고정장치에 특이적인 각각의 지지 특징부 데이터를 제공하는 제1 및 제2 정렬 특징부들을 구비하는 것인, 방법.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 지지 특징부 데이터는 측면 스캔 데이터를 가공 공구에 의해 이용되는 좌표계로 변환하는데 사용되는 것인, 방법.
  36. 제6항에 있어서,
    상기 스캔 단계는 전체 공작물 주연을 스캔하는 조작을 포함하는 것인, 방법.
  37. 제1항에 있어서,
    상기 측면 스캔은 측면 스캔 센서에 의해 수행되며, 상기 상부 스캔은 상부 스캔 센서에 의해 수행되고, 상기 측면 스캔 센서와 상기 상부 스캔 센서는 상이한 유형의 센서인, 방법.
  38. 제1항에 있어서,
    상기 공작물은 대향하는 제1 및 제2 에지 세그먼트들을 포함하며, 상기 제1 에지 세그먼트는 제1 측면 스캔 센서에 의해 스캔되고, 상기 제2 에지 세그먼트는 제2 측면 스캔 센서에 의해 스캔되는 것인, 방법.
  39. 제38항에 있어서,
    상기 스캔 단계는 하나 이상의 고정형 센서를 이용하여 공작물의 이동을 스캔하는 조작을 더 포함하는 것인, 방법.
  40. 제38항에 있어서,
    상기 스캔 단계는 공작물을 따라 하나 이상의 센서를 이동시키는 조작을 더 포함하는 것인, 방법.
  41. 제1항에 있어서,
    측면 스캔 데이터의 획득이 선형 또는 위치 엔코더 사용을 통해 스캔 센서와 공작물 측면을 따른 위치 간의 상대 위치와 동기화되는 것인, 방법.
  42. 제1항에 있어서,
    측면 스캔 데이터의 획득에는 스캔 센서와 공작물 측면을 따른 위치 간 상대 이동의 실질적으로 일정한 속도와 동기화된 기정 샘플링 속도가 이용되는 것인, 방법.
  43. 제1항에 있어서,
    측면 스캔 데이터의 획득에는 제1 정렬 특징부와 제2 정렬 특징부 사이의 기지된 거리가 활용되며, 스캔 센서와 공작물 측면을 따른 위치 간 상대 이동의 실질적으로 일정한 속도와 동기화된 기정 샘플링 속도가 이용되는 것인, 방법.
  44. 제42항 또는 제43항에 있어서,
    상기 실질적으로 일정한 속도는 기정 속도의 5% 이내에 유지되는 것인, 방법.
  45. 제1항 내지 제28항 및 제30항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커버 재료는 세라믹 재료를 포함하는 것인, 방법.
  46. 제1항 내지 제4항 및 제6항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가공 공구는 컴퓨터 제어식 절삭기인, 방법.
  47. 제1항에 있어서,
    공작물 측면과 측면 스캔 데이터 획득을 위한 센서 사이에 하나 이상의 장애물이 위치하며, 상기 하나 이상의 장애물에 의해 차단된 공작물 에지 부분들의 특징을 상기 측면 스캔 데이터로부터 보외하는 것인, 방법.
  48. 제1항에 있어서,
    상기 공작물 에지는 공작물 에지 프로파일을 갖는 공작물 주연을 형성하고, 상기 측면 스캔 데이터를 사용하여 공작물 에지 프로파일을 상기 공작물 주연에 대한 기정된 이상적 에지 프로파일과 비교하는 것인, 방법.
  49. 제1항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측면 스캔은 측면 스캔 필드에 실시되며, 상기 공구 경로는 측면 스캔 필드와는 별개인 가공 필드에 구현되는 것인, 방법.
  50. 제49항에 있어서,
    상기 측면 스캔 필드는 상기 가공 필드와 물리적으로 이격되는 것인, 방법.
  51. 제1항에 있어서,
    상기 공작물은 상기 스캔 단계 및 가공 단계를 통해 지지용 고정장치를 기준으로 단일 위치에 유지되는 것인, 방법.
  52. 제1항에 있어서,
    제1 쌍의 측면 스캔 센서는 제1 및 제2의 대향하는 공작물 에지 세그먼트 각각으로부터 동시에 측면 스캔 데이터를 획득하며, 제2 쌍의 측면 스캔 센서는 제3 및 제4의 대향하는 공작물 에지 세그먼트 각각으로부터 동시에 측면 스캔 데이터를 획득하는 것인, 방법.
  53. 제52항에 있어서,
    상기 제1쌍의 측면 스캔 센서의 스캔 축은 상기 제2 쌍의 측면 스캔 센서의 스캔 축에 대해 가로 방향으로 배향되는 것인, 방법.
  54. 제52항 또는 제53항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 쌍의 측면 스캔 센서들 중 한 쌍은 상기 스캔 단계 동안 고정되며, 상기 제1 및 제2 쌍의 측면 스캔 센서들 중 한 쌍은 상기 스캔 단계 동안 이동하는 것인, 방법.
  55. 제52항 또는 제53항에 있어서,
    상기 제1 쌍의 측면 스캔 센서가 측면 스캔 데이터를 획득한 이후에 상기 제2 쌍의 측면 스캔 센서가 측면 스캔 데이터를 획득하는 것인, 방법.
  56. 제1항에 있어서,
    상기 측면 스캔 데이터가 획득된 이후에 상기 상부 스캔 데이터가 획득되는 것인, 방법.
  57. 제1항에 있어서,
    제1 공작물 에지 세그먼트는 상기 제1 및 제2 정렬 특징부들에 의해 정의된 축들 사이에 위치하고, 제2 공작물 에지 세그먼트는 상기 제2 정렬 특징부와 제3 정렬 특징부에 의해 정의된 축들 사이에 위치하며, 상기 제2 정렬 특징부와 관련된 데이터를 사용하여 상기 제1 공작물 에지와 상기 제2 공작물 에지를 따른 연속 공구 경로를 제공하는 것인, 방법.
  58. 공작물의 기판에 의해 지지되는 커버 재료를 가공하기 위한 시스템에 있어서, 상기 기판은 상면, 저면 및 상면과 저면 사이로 연장되는 측면을 가지며, 측면은 기판의 상면의 기판 에지에 상응하고, 커버 재료는 커버 상면을 갖는 것인 시스템으로서,
    기판 지지 영역을 가지며 기판을 상기 영역 내에 지지하기 위한 지지용 고정장치;
    지지용 고정장치에 의해 지지되는 정렬 특징부로서, 제1 및 제2 이격-배치된 정렬 특징부들을 포함하되, 각 정렬 특징부는 구별이 가능한 상부 특징을 지닌 특징부 상부 및 구별이 가능한 측면 특징을 지닌 특징부 측면을 갖는 것인 정렬 특징부;
    상부 스캔 데이터를 획득하기 위해 작동하는 제1 검사 시스템;
    측면 스캔 데이터를 획득하기 위해 작동하는 제2 검사 시스템;
    지지용 고정장치와 제1 및 제2 검사 시스템들 간에 상대 이동을 야기시키기 위한 상대 이동 시스템;
    커버 재료를 가공하도록 작동하는 가공 공구; 및
    지지용 고정장치와 제1 및 제2 검사 시스템들 간의 상대 이동을 조정(coordinate)하고, 측면 스캔 데이터를 상부 스캔 데이터와 상호 연관시키며, 커버 재료의 상면에 걸쳐 공구 가공을 위한 공구 경로를 결정하고, 공구 경로를 따른 공작물과 가공 공구 간의 상대 이동과 공구 가공 작동을 조정하는 하나 이상의 프로세서를 포함하는 시스템.
  59. 제58항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 정렬 특징부들은 각각 정렬 핀인, 시스템.
  60. 제58항 또는 제59항에 있어서,
    상기 가공 공구는 레이저인, 시스템.
  61. 제58항 내지 제60항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공작물 에지는 공작물 주연을 형성하고, 상기 초기 커버 에지는 초기 커버 에지 주연을 형성하며, 상기 가공된 커버 에지는 가공된 커버 주연을 형성하는 것인, 시스템.
  62. 제58항 내지 제61항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공작물 에지는 복수의 가로 방향 공작물 에지 세그먼트를 포함하고, 상기 초기 커버 에지는 복수의 가로 방향 초기 커버 에지 세그먼트를 포함하는 것인, 시스템.
  63. 제61항에 있어서,
    상기 공작물은 지지용 고정장치를 기준으로 임의의 위치에 장착되고, 상기 제1 정렬 특징부와 제2 정렬 특징부는 공작물 주연의 외부측에 놓이는 것인, 시스템.
  64. 제58항 내지 제63항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공작물은 진공압에 의해 지지용 고정장치에 고정되는 것인, 시스템.
  65. 제58항 내지 제64항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지용 고정장치의 주면(major surface) 치수가 공작물의 것보다 큰 것인, 시스템.
  66. 제65항에 있어서,
    상기 지지용 고정장치는 공작물 에지를 따른, 커버 저면과 수직 교차되는 가공 축의 이용을 방지하는 고정장치 표면 영역을 갖는 것인, 시스템.
  67. 제58항 내지 제66항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 정렬 특징부와 상기 제2 정렬 특징부는 공작물이 지지용 고정장치에 고정되었을 때 상기 공작물에 정적 기준(static reference)을 제공하는 것인, 시스템.
  68. 제58항 내지 제67항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 특징부 측면과 상기 제2 특징부 측면의 상대적 측면 위치들의 크기 조정(scale)을 위해 기정된 특징부 이격 거리를 이용하는 것인, 시스템.
  69. 제58항 내지 제68항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공작물 상면은 공작물 에지 이격 거리만큼 서로 이격 배치된 대향하는 공작물 에지 세그먼트들을 구비하며, 상기 제1 및 제2 정렬 특징부들 간의 이격 거리는 상기 공작물 에지 이격 거리보다 긴 것인, 시스템.
  70. 제58항 내지 제69항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측면 스캔 데이터는 하나 이상의 변위 센서에 의해 획득되는 것인, 시스템.
  71. 제58항 내지 제70항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스캔 단계는 맵핑 조작을 포함하는 것인, 시스템.
  72. 제62항에 있어서,
    두 개의 정렬 특징부 사이에 각 공작물 에지 세그먼트가 감합되도록 충분한 개수의 추가 정렬 특징부를 이용하는 것인, 시스템.
  73. 제58항 내지 제72항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 정렬 특징부와 상기 제2 정렬 특징부는 특징부 라인을 따라 위치하며, 상기 공작물 에지는 상기 특징부 라인에 나란하지 않게(nonparallel) 위치하는 것인, 시스템.
  74. 제58항 내지 제73항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 정렬 특징부는 제1 특징부 직경을 가지고, 상기 제2 정렬 특징부는 제2 특징부 직경을 가지며, 상기 제1 특징부 직경과 상기 제2 특징부 직경은 상이한 것인, 시스템.
  75. 제58항 내지 제74항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 정렬 특징부는 제1 특징부 직경을 가지고, 상기 제2 정렬 특징부는 제2 특징부 직경을 가지며, 상기 제1 특징부 직경과 상기 제2 특징부 직경이 같은 것인, 시스템.
  76. 제58항 내지 제75항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공작물 에지는 기정된 공작물 길이에 근사한 공작물 길이를 갖는 것인, 시스템.
  77. 제58항 내지 제76항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가공된 커버 에지의 임의의 커버 부분은 상기 공작물 에지의 각각의 최근접 공작물 부분의 100 마이크론 이내에 있는 것인, 시스템.
  78. 제58항 내지 제77항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가공된 커버 에지의 임의의 커버 부분은 상기 공작물 에지의 각각의 최근접 공작물 부분의 50 마이크론 이내에 있는 것인, 시스템.
  79. 제58항 내지 제78항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가공된 커버 에지의 임의의 커버 부분은 상기 공작물 에지의 각각의 최근접 공작물 부분의 25 마이크론 이내에 있는 것인, 시스템.
  80. 제61항에 있어서,
    상기 커버 주연과 상기 공작물 주연 사이의 임의의 갭은 눈에서 25 mm 이상의 거리를 두고 평균 시력의 육안으로 보았을 때 일정한 것으로 나타나는 것인, 시스템.
  81. 제58항 내지 제80항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공작물 에지는 50 mm보다 긴, 시스템.
  82. 제58항 내지 제81항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공작물 에지는 375 mm보다 긴, 시스템.
  83. 제58항 내지 제82항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커버 재료는 시각적으로 불투명한 재료를 포함하는 것인, 시스템.
  84. 제58항 내지 제83항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커버 재료는 플라스틱 재료를 포함하는 것인, 시스템.
  85. 제58항 내지 제84항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커버 재료의 상면에는 정렬 특징부가 없는 것인, 시스템.
  86. 제58항 내지 제85항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 정렬 특징부는 제1 정렬 기준점을 포함한 제1 특징부 상면을 가지며, 상기 제2 정렬 특징부는 제2 정렬 기준점을 포함한 제2 특징부 상면을 가지며, 상기 제1 및 제2 정렬 기준점들은 각각의 정렬 특징부 주 치수(major dimensions)보다 작은 기준점 주 치수를 갖는 것인, 시스템.
  87. 제86항에 있어서,
    상기 제1 정렬 기준점은 제1 특징부 상면의 중심에 있고, 상기 제2 정렬 기준점은 제2 특징부 상면의 중심에 있는 것인, 시스템.
  88. 제58항 내지 제87항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에지 프로파일 데이터의 특징은 공작물 측면을 따라 다수 지점들 각각이 측면 센서의 축을 통과할 때의 상기 지점들 각각과 측면 스캔 센서 사이의 거리가 포함하는 것인, 시스템.
  89. 제58항 내지 제88항 중 어느 한 항에 있어서,
    다수의 지지용 고정장치들 각각은, 서로에 대해 각각 맵핑되어 각 지지용 고정장치에 특이적인 각각의 지지 특징부 데이터를 제공하는 제1 및 제2 정렬 특징부들을 구비하는 것인, 시스템.
  90. 제89항에 있어서,
    상기 지지 특징부 데이터는 측면 스캔 데이터를 가공 공구에 의해 이용되는 좌표계로 변환하는데 사용되는 것인, 시스템.
  91. 제61항에 있어서,
    상기 스캔 단계는 전체 공작물 주연을 스캔하는 조작을 포함하는 것인, 시스템.
  92. 제58항 내지 제91항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측면 스캔은 측면 스캔 센서에 의해 수행되며, 상기 상부 스캔은 상부 스캔 센서에 의해 수행되고, 상기 측면 스캔 센서와 상기 상부 스캔 센서는 상이한 유형의 센서인, 시스템.
  93. 제58항 내지 제91항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공작물은 대향하는 제1 및 제2 에지 세그먼트들을 포함하며, 상기 제1 에지 세그먼트는 제1 측면 스캔 센서에 의해 스캔되고, 상기 제2 에지 세그먼트는 제2 측면 스캔 센서에 의해 스캔되는 것인, 시스템.
  94. 제93항에 있어서,
    상기 스캔 단계는 하나 이상의 고정형 센서를 이용하여 공작물의 이동을 스캔하는 조작을 더 포함하는 것인, 시스템.
  95. 제93항에 있어서,
    상기 스캔 단계는 공작물을 따라 하나 이상의 센서를 이동시키는 조작을 더 포함하는 것인, 시스템.
  96. 제58항 내지 제95항 중 어느 한 항에 있어서,
    측면 스캔 데이터의 획득이 선형 또는 위치 엔코더 사용을 통해 스캔 센서와 공작물 측면을 따른 위치 간의 상대 위치와 동기화되는 것인, 시스템.
  97. 제58항 내지 제96항 중 어느 한 항에 있어서,
    측면 스캔 데이터의 획득에는 스캔 센서와 공작물 측면을 따른 위치 간 상대 이동의 실질적으로 일정한 속도와 동기화된 기정 샘플링 속도가 이용되는 것인, 시스템.
  98. 제58항 내지 제97항 중 어느 한 항에 있어서,
    측면 스캔 데이터의 획득에는 제1 정렬 특징부와 제2 정렬 특징부 사이의 기지된 거리가 활용되며, 스캔 센서와 공작물 측면을 따른 위치 간 상대 이동의 실질적으로 일정한 속도와 동기화된 기정 샘플링 속도가 이용되는 것인, 시스템.
  99. 제97항 또는 제98항에 있어서,
    상기 실질적으로 일정한 속도는 기정 속도의 5% 이내에 유지되는 것인, 시스템.
  100. 제58항 내지 제83항 및 제85항 내지 제99항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커버 재료는 세라믹 재료를 포함하는 것인, 시스템.
  101. 제58항 내지 제59항 및 제61항 내지 제100항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가공 공구는 컴퓨터 제어식 절삭기인, 시스템.
  102. 제58항 내지 제101항 중 어느 한 항에 있어서,
    공작물 측면과 측면 스캔 데이터 획득을 위한 센서 사이에 하나 이상의 장애물이 위치하며, 상기 하나 이상의 장애물에 의해 차단된 공작물 에지 부분들의 특징을 상기 측면 스캔 데이터로부터 보외하는 것인, 시스템.
  103. 제58항 내지 제102항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공작물 에지는 공작물 에지 프로파일을 갖는 공작물 주연을 형성하고, 상기 측면 스캔 데이터를 사용하여 공작물 에지 프로파일을 상기 공작물 주연에 대한 기정된 이상적 에지 프로파일과 비교하는 것인, 시스템.
  104. 제58항 내지 제103항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측면 스캔은 측면 스캔 필드에 실시되며, 상기 공구 경로는 측면 스캔 필드와는 별개인 가공 필드에 구현되는 것인, 시스템.
  105. 제104항에 있어서,
    상기 측면 스캔 필드는 상기 가공 필드와 물리적으로 이격되는 것인, 시스템.
  106. 제58항 내지 제105항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공작물은 상기 스캔 단계 및 가공 단계를 통해 지지용 고정장치를 기준으로 단일 위치에 유지되는 것인, 시스템.
  107. 제58항 내지 제106항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 쌍의 측면 스캔 센서는 제1 및 제2의 대향하는 공작물 에지 세그먼트 각각으로부터 동시에 측면 스캔 데이터를 획득하며, 제2 쌍의 측면 스캔 센서는 제3 및 제4의 대향하는 공작물 에지 세그먼트 각각으로부터 동시에 측면 스캔 데이터를 획득하는 것인, 시스템.
  108. 제107항에 있어서,
    상기 제1쌍의 측면 스캔 센서의 스캔 축은 상기 제2 쌍의 측면 스캔 센서의 스캔 축에 대해 가로 방향으로 배향되는 것인, 시스템.
  109. 제107항 및 제108항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 쌍의 측면 스캔 센서들 중 한 쌍은 상기 스캔 단계 동안 고정되며, 상기 제1 및 제2 쌍의 측면 스캔 센서들 중 한 쌍은 상기 스캔 단계 동안 이동하는 것인, 시스템.
  110. 제107항 내지 제109항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 쌍의 측면 스캔 센서가 측면 스캔 데이터를 획득한 이후에 상기 제2 쌍의 측면 스캔 센서가 측면 스캔 데이터를 획득하는 것인, 시스템.
  111. 제58항 내지 제110항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측면 스캔 데이터가 획득된 이후에 상기 상부 스캔 데이터가 획득되는 것인, 시스템.
  112. 제58항 내지 제111항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 공작물 에지 세그먼트는 상기 제1 및 제2 정렬 특징부들에 의해 정의된 축들 사이에 위치하고, 제2 공작물 에지 세그먼트는 상기 제2 정렬 특징부와 제3 정렬 특징부에 의해 정의된 축들 사이에 위치하며, 상기 제2 정렬 특징부와 관련된 데이터를 사용하여 상기 제1 공작물 에지와 상기 제2 공작물 에지를 따른 연속 공구 경로를 제공하는 것인, 시스템.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015138529A1 (en) * 2014-03-11 2015-09-17 Ametek Precitech, Inc. Edge treatment process
US11989887B2 (en) * 2017-12-25 2024-05-21 Nikon Corporation Processing system, measuring probe, shape measuring device, and program
CN108230400B (zh) * 2017-12-26 2021-10-19 常州固高智能控制技术有限公司 一种适用于激光切割机的自适应坐标重建方法
US10671047B2 (en) * 2018-03-15 2020-06-02 The Boeing Company Composite structure repair system and method
CN112099439B (zh) * 2020-09-17 2022-04-19 西安精雕软件科技有限公司 一种基于曲面特征分析技术的电极切角识别方法
CN113503817B (zh) * 2021-09-13 2021-12-03 广东三姆森科技股份有限公司 一种产品的内部尺寸测量方法及测量装置

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4319270A (en) * 1979-01-12 1982-03-09 Kobe Steel, Ltd. Surface inspection system for hot radiant material
JP2709949B2 (ja) * 1988-12-01 1998-02-04 旭光学工業株式会社 走査式描画装置の描画面調整機構
GB9315843D0 (en) * 1993-07-30 1993-09-15 Litton Uk Ltd Improved machine tool
US5751585A (en) 1995-03-20 1998-05-12 Electro Scientific Industries, Inc. High speed, high accuracy multi-stage tool positioning system
US6170973B1 (en) * 1997-11-26 2001-01-09 Cognex Corporation Method and apparatus for wide-angle illumination in line-scanning machine vision devices
TW482705B (en) 1999-05-28 2002-04-11 Electro Scient Ind Inc Beam shaping and projection imaging with solid state UV Gaussian beam to form blind vias
US6676878B2 (en) 2001-01-31 2004-01-13 Electro Scientific Industries, Inc. Laser segmented cutting
SG139508A1 (en) * 2001-09-10 2008-02-29 Micron Technology Inc Wafer dicing device and method
US6706999B1 (en) 2003-02-24 2004-03-16 Electro Scientific Industries, Inc. Laser beam tertiary positioner apparatus and method
US7133187B2 (en) 2004-06-07 2006-11-07 Electro Scientific Industries, Inc. AOM modulation techniques employing plurality of transducers to improve laser system performance
CN100359419C (zh) * 2004-06-23 2008-01-02 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种用于微电子器件后封装加工设备的控制装置
EP1630729B1 (en) * 2004-08-31 2007-12-26 STMicroelectronics S.r.l. A method for manufacturing a moulded MMC multi media card package obtained with laser cutting
JP2008203434A (ja) * 2007-02-19 2008-09-04 Fujitsu Ltd 走査機構、被加工材の加工方法および加工装置
EP1990126B1 (en) * 2007-05-08 2012-11-21 Volvo Car Corporation Method of laser cutting a painted or multilayered workpiece by means of a scanned laser beam
US8053279B2 (en) * 2007-06-19 2011-11-08 Micron Technology, Inc. Methods and systems for imaging and cutting semiconductor wafers and other semiconductor workpieces
JP4291386B2 (ja) * 2007-10-04 2009-07-08 ファナック株式会社 ワーク設置誤差補正手段を有する数値制御装置
US8285025B2 (en) 2008-03-25 2012-10-09 Electro Scientific Industries, Inc. Method and apparatus for detecting defects using structured light
KR101088806B1 (ko) * 2009-01-07 2011-12-01 주식회사 뉴로바이오시스 액정 폴리머를 이용한 미세 전극 어레이 패키지 및 그의 제조 방법
CN105163897A (zh) * 2013-03-15 2015-12-16 伊雷克托科学工业股份有限公司 锥度控制的射束角协调及工件运动
US20140340507A1 (en) 2013-05-17 2014-11-20 Electro Scientific Industries, Inc. Method of measuring narrow recessed features using machine vision

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