KR20200029551A

KR20200029551A - 필름의 인열 분석을 위한 시스템

Info

Publication number: KR20200029551A
Application number: KR1020207004446A
Authority: KR
Inventors: 산재이 씨. 솔란키; 도날드 엘. 맥카티; 로버트 에이. 건티어; 진 왕; 카일 에이. 마이어스; 스코트 제이. 콜릭
Original assignee: 다우 글로벌 테크놀로지스 엘엘씨
Priority date: 2017-07-31
Filing date: 2018-04-30
Publication date: 2020-03-18
Also published as: MX2020000877A; JP2020530108A; JP7237925B2; US20200166442A1; BR112020001621A2; WO2019027518A1; CN111065908A; US11754479B2; EP3662249A1; CA3071389A1

Abstract

필름 표본의 물리적 특성을 분석하기 위한 방법 및 시스템이 본원에 설명된다. 상기 시스템은 상기 필름 표본을 홀드하도록 구성되는 재료 홀더 시스템; 및 상기 필름 표본을 인열(tear)시키고 상기 인열의 특성을 측정하도록 구성된 인열 분석 장치를 포함한다. 상기 재료 홀더 시스템 내의 상기 필름 표본을 상기 인열 분석 장치로 이동시키도록 가동 시스템이 구성된다.

Description

필름의 인열 분석을 위한 시스템

본 발명은 필름 또는 시트재의 인열 분석을 위한 시스템에 관한 것이다.

재료의 물리적 속성들을 특성화하는 것은 재료들의 생산에 채용되는 화학 제형들을 분석 및 개선하는 데 뿐만 아니라 재료들의 제조 프로세스들을 분석 및 개선하는 데 유용하다. 또한 물리적 속성들의 특성화는 소비자들이 그들의 특정 사용 사례에 최상의 제품을 결정하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 연구원들이 특정 응용 분야들을 위한 새로운 솔루션들을 개발하는 데 도움이 될 수 있다.

재료의 유용한 물리적 속성들 중 하나는 재료의 인열 강도(tear strength)를 결정하는 것이다. 인열 테스트는 재료가 인열에 저항할 수 있는 능력에 대한 통찰력을 제공한다. 예를 들어, 박막들은 보통 패키징 응용 분야들에 사용되므로 인열 테스트는 박막들의 인열 속성들을 결정하는 데 사용될 수 있다. 또한 접착제, 플라크, 카펫 섬유, 부직 섬유 등과 같은 중합성 표본들의 그리고 종이, 천, 호일 등과 같은 비중합성 표본들에서의 인열 속성들을 결정하기 위해 인열 테스트을 사용할 수도있다. 재료의 의도된 목적을 위한 적합성은 재료가 인열에 견디거나 이기지 못하는 능력에 따를 수 있다. 그러한 경우들에서, 재료의 화학적 및 물리적 특성들은 재료의 인열 저항에 영향을 줄 수 있다. 인열 테스트는 일반적으로 표본에 절단을 수행하고 절단을 따라 표본을 인열하는 것을 수반한다. 인열을 전파시키는 데 소요되는 힘을 측정 및 분석하여 재료의 인열 저항이 결정된다.

미국 재료 테스트 협회(ASTM, American Society for Testing and Materials)는 재료 특성화에 전 세계적으로 널리 사용되는 일련의 표준을 가지고 있다. 인열 테스트는 플라스틱 산업에서 자주 수행되는 널리 사용되는 테스트이다. 현재 인열 테스트는 엘멘도르프 인열 테스트(Elmendorf Tear Test) 및 트루저 테스트(Trouser test)의 두 가지 방법으로 수행된다. 두 방법 모두 견본 사전 절단되고 사전 절단된 슬릿(slit)에서 인열이 전파된다. 테스트들은 견본을 통해 인열을 전파하는 데 소요되는 평균 힘을 측정한다. 공지된 방법들에 따르면, 견본의 준비, 분석 및 폐기를 위한 운용자가 필요하다. 예를 들어, 공지된 방법들에 따르면, 운용자는 수동으로 견본을 준비하고, 견본을 테스트 장비에 이적재하며, 인열된 견본을 폐기해야 한다.

따라서, 필름들의 인열 강도를 분석하기 위한 자동화된 시스템이 필요하다.

본 발명에 따른 필름들의 인열 분석을 위한 시스템을 사용함으로써, 프로세스이 자동화되고 높은 처리량으로 운용될 수 있는 것으로 결정되었다.

본 개시의 일 실시 예에 따르면, 필름 표본의 물리적 특성을 분석하기 위한 시스템은 상기 필름 표본을 홀드하도록 구성되는 재료 홀더 시스템 및 상기 필름 표본을 인열(tear)시키고 상기 인열의 특성을 측정하도록 구성된 인열 분석 장치를 포함할 수 있다. 상기 재료 홀더 시스템 내의 상기 필름 표본을 상기 인열 분석 장치로 이동시키도록 가동 시스템이 구성될 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따르면, 필름 표본의 물리적 특성을 분석하기 위한 방법은 가동 시스템에 연결되는 재료 홀더 시스템에 의해 상기 필름 표본을 홀드하는 단계, 상기 가동 시스템을 사용하여 상기 필름 표본을 인열 분석 장치로 이동시키는 단계, 및 상기 인열 분석 장치를 사용하여 상기 필름 표본의 물리적 특성을 테스트하는 단계를 포함할 수 있다.

본 개시뿐만 아니라, 구조의 관련 구성요소들의 동작 방법들 및 기능들 및 제조 부분들 및 경제성의 조합이 첨부한 도면들을 참조하여 다음의 설명 및 첨부된 청구범위를 고려하면 더욱 명백해질 것이며, 이들 모두는 본 명세서의 부분을 형성하며, 동일한 참조 부호들은 다양한 도면에서 대응하는 부분들을 나타낸다. 그러나, 도면들은 단지 예시 및 설명을 위한 것이며 본 발명의 제한을 정의하기 위한 것이 아님을 명백하게 이해해야 한다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 인열 분석 시스템의 개략도를 도시한다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 인열 분석 시스템의 3차원 사시도를 도시한다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 로봇 시스템의 3차원 사시도를 도시한다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 재료 홀더 시스템의 3차원 사시도를 도시한다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 두께 측정 시스템의 3차원 사시도를 도시한다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 절단 장치의 3차원 사시도를 도시한다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 절단 장치로 절단 전후 필름 견본 피스의 상면도를 도시한다.
도 8a는 본 개시의 일 실시예에 따른 절단 장치의 구성요소들의 3차원 사시도를 도시한다.
도 8b는 본 개시의 일 실시예에 따른 절단 장치의 구성요소들의 3차원 사시도를 도시한다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 절단 장치의 3차원 사시도를 도시한다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 절단 장치의 3차원 사시도를 도시한다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 이미지 분석기 시스템의 3차원 사시도를 도시한다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른 고정 클램프 스테이션 및 로봇 클램프의 3차원 사시도를 도시한다.
도 13a 내지 도 13c는 본 개시의 일 실시예에 따른 인열 분석 장치의 고정 클램프 스테이션의 3차원 사시도들을 도시한다.
도 14는 본 개시의 일 실시예에 따른 인열 분석 장치의 로봇 클램프의 3차원 사시도를 도시한다.
도 15는 본 개시의 일 실시예에 따른 고정 클램핑 스테이션으로부터 멀어지는 방향으로 필름 피스를 당기는 로봇 클램프의 3차원 사시도를 도시한다.
도 16은 본 개시의 일 실시예에 따른 표준 테스트 견본과 수정 테스트 견본 간 비교를 도시한다.
도 17은 본 개시의 일 실시 예에 따른 힘 대 변위의 도표를 도시한다.
도 18은 본 개시의 일 실시 예에 따른 힘 대 시간의 도표를 도시한다.

산업 응용 분야들에서, 박막 표본의 인열 저항 테스트 프로세스가 자동화될 수 있다. 자동화된 인열 분석 장치들에 대한 아이디어는 다양한 산업 분야에서의 고처리량(HTP) 테스트의 필요성에서 비롯된다. 테스트 속도가 높을수록 많은 양의 데이터를 비교적 신속하게 수집하고 동향을 분석할 수 있어, 관심 영역들에 대해 보다 상세한 연구를 수행할 수 있다. HTP 테스트 설정을 준비를 개시하는 데 필요한 하나의 기능은 연속(또는 거의 연속) 동작이다. 시스템들이 중단 없이 실행되도록 함으로써 수행되는 테스트량이 증가한다. 그러한 시스템은 또한 수동 테스트 시스템들에 비해 단일 테스트 속도를 증가시킨다. 로봇들은 중단 없이 더 오랜 시간 기간 동안 작동할 수 있기 때문에 로봇 공학을 사용하여 연구자 또는 운용자를 대신한다. 정확성을 유지하면서 시스템의 처리량을 증가시키기 위해 사용될 수 있는 두 번째 기능은 다수의 테스트를 병렬로 수행하는 것이다. 세 번째 특징은 시스템이 인간 기반 테스트 시스템들에 비해 반복 가능하고 균일하다는 것이다. 본 발명의 실시 예들은 테스트될 수 있는 필름 표본들의 수를 증가시키기 위해 이러한 특징들 중 하나 또는 둘 다를 채용한다.

본 발명의 일 실시 예에서, HTP 테스트는 병렬로 작동하는 두 개의 로봇을 사용하여 이루어진다. 예를 들어, 일 실시 예에서, 6-축 로봇이 테스트를 위해 표본을 준비하는 한편, 스카라(SCARA, Selective Compliance Assembly Robot Arm 또는 Selective Compliance Articulated Robot Arm ) 로봇이 다수의 인열 스테이션에 적재된 필름들을 인열한다. 필름 견본은 접착제, 플라크, 카펫 섬유, 부직 섬유 등과 같은 중합성 표본들 및 종이, 천, 호일 등과 같은 비중합성 표본들을 포함할 수 있다.

본 개시의 실시 예들은 취입 필름 제조 라인과 통합될 수 있다. 또한, 실시 예들은 기존의 취입 필름 실험실들에 통합될 수 있다. 실험실들은 테스트들을 자동으로 비교적 빠르게 수행할 수 있으므로, 본 시스템을 사용하여 테스트들의 적체를 없앨 수 있다.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 시스템의 개략도를 도시한다. 본 개시의 일 실시 예에서, 인열 분석 시스템(10)은 로봇 시스템(12), 재료 홀더 시스템(14), 두께 측정 시스템(16), 절단 장치(18), 재료 이미지 분석기 시스템(20) 및 인열 분석 장치(22)와 같은 가동 시스템을 포함한다. 로봇 시스템(12), 재료 홀더 시스템(14), 두께 측정 시스템(16), 절단 장치(18), 재료 이미지 분석기 시스템(20) 및/또는 인열 분석 장치(22)는 작업대(24) 또는 공통 프레임워크상에 제공될 수 있다. 로봇 시스템(12), 재료 홀더 시스템(14), 두께 측정 시스템(16), 절단 장치(18), 재료 이미지 분석기 시스템(20) 및/또는 인열 분석 장치(22)는 컴퓨터 시스템(26)을 사용하여 제어될 수 있다.

도 2는 본 개시에 따른 인열 분석 시스템(10)의 3차원 사시도를 도시한다. 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 인열 분석 장치는 보다 상세하게 후술될 바와 같이, 필름 견본에 인열 테스트을 수행하기 위한 인열 로봇(92) 및 고정 클램프 스테이션들(96)을 포함할 수 있다. 인열 분석 시스템(10)은 전달 시스템을 포함할 수 있다. 전달 시스템은 인열 분석 시스템(10)으로 테스트하기 위해 표본들을 작업대(24)로 전달하는 트레이들을 포함할 수 있다. 전달 시스템은 필름 표본(66)(도 7)을 로봇 시스템(12) 및 재료 홀더 시스템(14)이 트레이로부터 필름 표본을 회수하고 여기에 설명된 테스트 절차의 단계들을 계속할 수 있는 인열 분석 시스템(10) 앞의 위치로 전달할 수 있다.

도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 로봇 시스템(12)의 3차원 사시도를 도시한다. 일 실시 예에서, 로봇 시스템(12)은 Epson Corporation에 의해 제조된 Epson C4 로봇과 같은 6-축 로봇 아암 시스템이다. 로봇 시스템(12)은 작업대(24) 상에 제공되는 스테이션들 사이에서 분석 또는 테스트될 필름 표본 또는 필름 표본(예를 들어, 필름)을 이동시키도록 구성된다. 로봇 시스템(12)은 분절 섹션들(28a, 28b, 28c)을 포함하는 분절 아암을 포함할 수 있다. 분절 아암(28)은 재료 홀더 시스템(14)을 모든 평면 및 방향 그리고 임의의 각도로 이동시킬 수 있다. 로봇 시스템(12)은 분절 섹션들 중 하나, 이를테면 분절 섹션(28a)에 부착되는 어댑터 판(30)을 더 가질 수 있다. 로봇 시스템(12)은 컴퓨터 시스템(26) 상의 사용자 입력에 의해 조작되거나 대안적으로 컴퓨터 시스템(26) 상의 사전 설정된 프로그램일 수 있다.

6-축 로봇 아암 시스템(12)이 설명되었지만, 로봇 시스템(12)은 재료 홀더 시스템(14)에 연결될 수 있고 작업대(24) 주위의 다중 평면에서 필름을 이동시킬 수 있는 임의의 시스템일 수 있다. 로봇 시스템(12)은 임의의 분절 아암 로봇일 수 있다.

도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 재료 홀더 시스템(14)의 3차원 사시도를 도시한다. 재료 홀더 시스템(14)은 필름을 홀드 및 이동시키도록 구성된다. 재료 홀더 시스템(14)은 어댑터 판(32)으로 로봇 시스템(12)에 부착될 수 있다. 어댑터 판(32)은 예를 들어, 파스너들을 사용하여 로봇 시스템(12)의 어댑터 판(30)에 부착될 수 있다. 부착될 때, 어댑터 판(30)은 분절 아암(28)으로부터 재료 홀더 시스템(14)으로 회전, 길이 방향 및 각 운동을 전달할 수 있다. 일 실시 예에서, 재료 홀더 시스템은 진공 흡인을 통해 필름을 홀드하도록 구성된 진공 흡인 시스템(34)을 포함한다. 일 실시 예에서, 진공 흡인 시스템(34)은 진공 컵들(44)의 네 세트(36, 38, 40 및 42)를 포함한다. 각 세트는 네 개의 진공 컵(44)을 포함할 수 있다. 이는 재료 홀더 시스템(14)이 치수 6"x6"(152mm x 152mm)의 단일 필름 표본 또는 크기 3"x3"(76mm x 76mm)의 네 개의 필름 견본 중 어느 하나를 핸들링할 수 있게 한다. 당업자는 6"x6"(152mm x 152mm) 필름 표본이 재료 홀더 시스템(14)에 의해 핸들링될 때, 필름 표본을 홀드 및 이동시키기 위해 모든 16개의 진공 컵(44)이 채용될 수 있음을 인식 할 것이다. 크기 3"x3"(76mm x 76mm)의 네 개의 필름 견본이 재료 홀더 시스템(14)에 의해 핸들링될 때에는, 진공 컵들(44)의 각 세트(36, 38, 40 및 42)가 각각의 필름 견본을 홀드 및 이동시킬 수 있다. 즉, 세트(36)를 구성하는 네 개의 진공 컵(44)은 3"x3"(76mm x 76mm) 크기의 단일 필름 견본 및 이동시킬 수 있고 각각의 세트들(38, 40 및 42)에 대해서도 마찬가지이다. 재료 홀더 시스템(14)은 네 개의 필름 견본을 동시에 홀드 및 이동시킬 수 있다. 16개의 진공 컵(44)이 설명되고 도시되어 있지만, 테스트 프로세스를 통해 필름 견본(들)을 홀드 및 이동시키기 위해 임의의 수의 진공 컵이 사용될 수 있다. 재료 홀더 시스템(14)이 단일 6"x6"(152mm x 152mm) 필름 표본 및 네 개의 3"x3"(76mm x 76mm) 필름 견본을 조작하는 것과 관련하여 설명되었지만, 상이한 크기들 및 형상들의 보다 많거나 적은 필름 견본이 재료 홀더 시스템(14)에 의해 홀드될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 즉, 필름은 6”x6”(152mm x 152mm) 또는 3”x3”(76mm x 76mm)일 필요는 없고, 테스트가 요구되는 임의의 크기, 형상 또는 수량일 수 있다.

여기에 진공 컵들이 필름을 홀드하기 위해 사용되는 것으로 설명되었지만, 또한 재료의 유형에 따라 필름을 홀드하기 위해 다른 메커니즘들 또는 시스템들이 사용될 수도있다. 예를 들어, 진공 컵들은 다양한 플라스틱 및 중합체 재료와 같이 비다공성이고 비교적 경량의 표본들을 홀드하기에 적합할 수 있다. 따라서, 예를 들어 다공성 재료들이 사용될 경우, 진공 컵은 자석, 클립 또는 다른 유형의 그리퍼(gripper)와 같은 다른 홀드 메커니즘들로 대체될 수 있다.

도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 두께 측정 시스템(16)의 구성요소들의 3차원 사시도를 도시한다. 두께 측정 시스템(16)은 ASTM 표준 D5947에 규정된 바와 같이, 그로부터 절단될 각 필름 견본의 중심에서 필름 견본의 두께를 측정할 수 있다. 두께 측정 시스템(16)은 광범위한 두께, 예를 들어 0.5 mil 내지 10 mil(0.0127 mm 내지 0.254 mm) 내 필름의 두께를 측정하도록 구성된다. 두께 측정 시스템(16)은 접촉판 및 프로브를 사용하여 필름의 두께를 측정하도록 구성된다. 접촉판 및 프로브는 대체로 편평하고 대향면들(48 및 46) 상의 필름과 각각 접촉하고, 필름의 두께는 접촉판과 프로브 사이의 거리로서 측정된다. 접촉판의 표면(48) 및 프로브의 표면(46)은 측정 동안 필름 표본의 천공을 방지하기에 충분하다. 예를 들어, 접촉 표면들(46 및 48)은 가요성이고 유연한 재료들에 사용되도록 구성될 수 있다. 접촉 표면들(46 및 48)은 또한 보다 강성인 표본들의 두께를 측정하도록 구성될 수도 있다.

도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 두께 측정 시스템(16)은 네 개의 제1 접촉 표면(46) 및 네 개의 제2 접촉 표면(48)을 포함할 수 있다. 두께 측정 시스템(16)은 그로부터 절단될 네 개의 필름 견본 각각에 대응하는 영역에서의 두께를 측정하기 위해 네 개의 센서(50)를 포함할 수 있다. 센서(50)는 3"(76mm) 떨어져 장착될 수 있고 6"x6"(152mm x 152mm) 필름 표본이 접촉 표면들(46 및 48) 사이에 삽입될 수 있다. 두께는 네 개의 별개의 지점에서 측정될 수 있다. 네 개의 두께 측정치 각각이 3”x3”(76mm x 76mm) 필름 견본들 중 하나의 두께에 해당할 수 있다. 대안적으로, 보다 많거나 적은 접촉 표면(46, 48) 및 센서(50)가 제공될 수 있다. 제공된 접촉 표면들(46 및 48) 및 센서들(50)의 수는 테스트될 필름 견본들의 수 또는 크기에 대응할 수 있다. 대안적으로, 6"x6"(152mm x 152mm) 이외의 크기의 필름 표본들 및 3"x3"(76mm x 76mm) 이외의 크기의 절단된 필름 표본들이 두께 측정 시스템(16)에 의해 테스트될 수 있다.

센서들(50)은 고정밀 디지털 접촉 센서(50)(예를 들어, Keyence Company의 Keyence GT2 시리즈)를 포함할 수 있다. 센서(50)는 필름의 두께를 1 미크론의 정확도로 측정하는 데 사용된다. 센서들(50)은 정확도에 따라 선택된다. 각 제1 접촉 표면(46)은 샤프트(54)에 의해 대응하는 센서(50)에 기계적으로 연결될 수 있다. 로봇 시스템(12) 및 재료 홀더 시스템(14)은 그로부터 절단될 각 필름 견본이 각각의 제1 접촉 표면(46)과 제2 접촉 표면(48) 사이에 위치되도록 필름 표본을 이동시킬 수 있다. 필름 표본이 각각의 제1 접촉 표면(46)과 제2 접촉 표면(48) 사이에 배치되면, 기압 시스템들(52)으로부터 가압된 공기가 샤프트(54)에 가해질 수 있다. 기압 시스템들(52)은 필름 표본이 각각의 제1 접촉 표면(46)과 제2 접촉 표면(48) 사이에 닿고 홀드되도록 각 제1 접촉 표면(46)에 연결되는 샤프트(54)를 연장할 수 있다. 센서(50)는 연장된 제1 접촉 표면(46)과 제2 접촉 표면(48) 사이의 거리를 측정하여 필름 표본의 두께를 측정할 수 있다.

기계적 유형의 두께 측정 시스템(16)이 설명되고 사용되지만, 또한 다른 유형들의 두께 측정 시스템들이 채용될 수도 있다. 예를 들어, 다른 실시 예에서, 두께 측정 시스템(16)은 레이저 빔을 사용하여 두께를 결정하도록 구성된 레이저 거리 측정 센서들을 포함한다. 또한 공초점 렌즈, 이중 레이저 두께 분석기 및 용량 측정 방법들도 고려된다.

도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 절단 장치(18)의 구성요소들의 3차원 사시도를 도시한다. 설명의 명확성을 위해, "필름 표본(film sample)"이라는 용어는 필름 재료가 절단 장치(18)로 절단되기 전에 인열 분석 시스템(10)에서 테스트되는 필름 재료를 지칭하고,"필름 견본(film specimen)"이라는 용어는 절단 장치(18)에 의해 보다 작은 크기로 절단된 "필름 표본"을 지칭한다. 도 7을 참조하면, 절단 장치(18)는 6"x6"(152mm x 152mm) 정사각형 필름 표본(66)을 각각 크기 3"x3"(76mm x 76mm)의 네 개의 필름 표본(68)으로 절단하도록 설계될 수 있다. 대안적인 시작 및 종료 크기들 및 형상들이 가능하다. 도 6에 도시된 바와 같이, 절단 장치(18)는 서로 직각으로 위치된 선형 모터들(64)과 같은 두 개의 선형 액추에이터를 포함할 수 있지만, 다른 각도 관계들도 제공될 수 있다. 각 선형 모터(64)는 날(blade)(70)을 구동할 수 있다(도 8a, 8b 참조). 절단 장치(18)는 필름 지지판(56) 및 압력판(62)을 포함할 수 있다. 절단 장치(18)는 또한 상판(60)에 장착된 공압 실린더(58)를 포함할 수 있다. 공압 실린더(58)의 출력은 압력판(62)에 고정될 수 있다. 그에 따라, 공압 실린더(58)는 필름 지지판(56)에 대한 압력판(62)의 상하 모션을 구동할 수 있다. 절단되지 않은 필름 표본은 재료 홀더 시스템(14)에 의해 압력판(62)과 필름 지지판(56) 사이에 삽입될 수 있다. 압력 플레이트(62) 상의 진공 컵들(82)(도 10)은 필름 표본을 압력판(62)의 밑면에 홀드하도록 작동될 수 있다. 공압 실린더(58)를 작동시키기 전에 재료 홀더 시스템(14) 상의 진공 컵들(44)이 비활성화될 수 있고 재료 홀더 시스템(14)이 제거될 수 있다. 압력판(62)(공압 실린더(58)에 의해 작동되는)는 6"x6"(152mm x 152mm) 필름 표본(66)을 필름 지지판(56) 상으로 낮춘다. 일 실시 예에 따르면, 선형 모터들(64)은 날들(70)을 필름 표본을 통해 측면으로 교대로 이동시켜 6"x6"(152mm x 152mm) 필름 표본(66)을 크기 3"x3"(76mm x 76mm)의 네 개의 필름 표본(68)으로 절단한다. 필름 표본(66)을 홀드하는 압력판(62) 및 필름 견본들(68)을 절단하는 것으로 설명되었지만, 대안적으로 필름 지지판(56)이 압력판(62)이 공압 실린더(58)에 의해 낮아지기 전에 필름 표본(66)을 홀드할 수 있음을 이해해야 한다.

도 8a 및 8b를 참조하면, 날(70)은 슬레드(sled)(76)에 부착된 블록(72)에 의해 선형 모터(64)에 부착될 수 있다. 슬레드(76)는 선형 모터(64)에 의해 작동되어 슬레드(76), 블록(72) 그리고 그에 따라 날들(70)을 선형 방향으로 이동시키도록 구성될 수 있다. 날들(70)은 서로 직교하는 방향들로 이동할 수 있다. 제1 날(70)이 필름 표본을 따라 연장되고 수축된 후, 제2 날(70)이 필름 표본을 제1 절단에 90도로 유사하게 절단할 수 있다. 일 실시 예에서, 선형 모터(64)는 펜실베이니아주 피츠버그(Pittsburgh)로부터의 Aerotech Corporation에 의해 제조된다. 다른 실시 예에서, 선형 모터(64)는 ETEL Corporation에 의해 제조된다. 다른 실시 예에서, 날(70)은 선형 모터들 대신에, 회전 액추에이터 또는 유압 또는 공압 액추에이터에 의해 구동된다. 도 8b에서 알 수 있는 바와 같이, 날들(70)은 블록(72)의 멈춤 나사들(set screws)(표시되지 않음)에 의해 날이 상승하지 않도록 고정된다. 날(70)을 탈착하기 위해서는(이를테면 수리, 세척 또는 교체를 위해), 멈춤 나사를 탈착하고 날(70)을 블록(72)으로부터 들어 올릴 수 있다. 전면 판(74)이 또한 제공되고 이동 동안 날(70)의 위치를 유지시키는 역할을 한다. 다른 실시 예에서는, 회전식 테이블상에 장착된 단일 날(70) 및 선형 모터(64)가 필름 표본(66)을 수직하게 둘로 절단하기 위해 사용될 수 있다. 일례에서, 선형 모터(64)는 날을 1 m/s 내지 4 m/s(3.3 ft/s 내지 13.1 ft/s)로 이동시킨다.

도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 절단 장치(18)의 필름 지지판(56) 및 압력판(62)의 3차원 사시도를 도시한다. 필름 지지판(56)에는 홈들(78)이 밀링(milling)되고 압력판(62)에는 설형부들(tongue)이 패터닝(patterning)된다. 설형부(80) 및 홈(78) 패턴은 한 방향을 따라 연장된다. 그에 따라, 날들(70) 중 하나는 설형부(80) 및 홈(78) 패턴에 평행하게 절단할 수 있는 한편, 다른 날(70)은 설형부(80) 및 홈(78) 패턴에 수직하게 절단할 수 있다. 설형부(80) 및 그루브(78) 패턴은 필름 표본을 팽팽하게 그리고 절단 동안 제자리에 홀드하기 위해 사용된다. 설형부들(80)이 하향으로 이동하고 대응하는 홈들(78)과 정합함에 따라, 필름 표본은 홈들(78)로 하향 가압된다.. 이의 효과는 필름 표본이 정합 설형부들 및 홈들에 걸쳐 이어지는 영역들에서 팽팽 해지고, 날(70)에 의한 절단 동안 제자리에 홀드되는 것이다. 대안적으로 설형부들(80) 및 홈들(78)의 위치는 설형부들(80)이 필름 지지판(56) 상에 위치되고 홈들(78)이 압력판(62) 상에 위치되도록 반전될 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 절단 장치(18)의 압력판(62)의 3차원 사시도를 도시한다. 압력판(62)은 압력판(62)의 밑면에 위치되는 진공 컵들(82)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 진공 컵들(82)은 네 세트(84, 86, 88 및 90)로 나뉠 수 있다. 절단 후, 진공 컵들(82)으로의 진공 공급 장치가 각 컵마다 켜질 수 있고, 절단된 필름 견본들이 필름 지지판(56)에서 제거될 수 있다. 그 다음 공압 실린더(58)가 압력판(62)을 들어 올릴 때 필름 견본들이 압력판(62)과 함께 상승한다. 대안적인 절단 장치(18)가 사용될 수 있으며, 예를 들어, 필름 표본은 사용자에 의해 칼 또는 가위로 절단될 수 있다. 필름 표본은 또한 다른 전기 또는 자동 절단기들, 또는 이를테면 예를 들어 스윙 아암 종이 절단기류의 기계 절단기들로 절단될 수도 있다.

도 11은 본 개시의 실시 예에 따른 재료 이미지 분석기 시스템(20)의 3차원 사시도를 도시한다. 절단 후에, 필름 견본들은 로봇 시스템(12)에 의해 재료 이미지 분석기 시스템(20)으로 이동될 수 있다. 재료 이미지 분석이 절단 후인 것으로 프로세스를 설명하지만, 순서가 변경될 수 있음이 인식될 것이다. 실시 예들에 따르면, 순서는 시스템 효율 증진을 위해 예를 들어, 작업대(24) 상의 구성요소들의 근접성을 기초로 할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 재료 이미지 분석이 절단보다 선행될 수 있다. 그에 따라, 필름 표본은 절단 장치(18)에서 절단되기 전에 두께 측정 시스템(16)으로부터 재료 이미지 분석기 시스템(20)으로 이동될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 재료 이미지 분석이 두께 측정보다 선행될 수 있다.

실시 예들에 따르면, 재료 이미지 분석기 시스템(20)은 편광 원리에 기초한다. 재료 이미지 분석기 시스템(20)은 테스트될 필름의 불규칙성 또는 결함을 검출하도록 구성된다. 임의의 주변 광을 제거하면서, 재료 이미지 분석기 시스템(20) 내의 필름을 조명하기 위해 편광원이 사용된다. 광이 필름을 통과한 후 그것은 편광 필터가 장착된 카메라로 포획된다. 완벽하게 형성된 필름 견본은 편광원으로부터의 편광을 산란시키지 않음에 따라 완전히 선명한 이미지를 생성한다. 그러나, 필름 표본의 불완전함/결함은 카메라에 의해 검출되는 광을 산란시킨다. 그 다음, 머신 비전 알고리즘이 중대한 결함이 있는 필름 표본들을 식별하고 태그를 붙인다. 따라서, 재료 이미지 분석기 시스템(20)은 필름을 통과하는 편광이 특정 물리적 결함에 영향을 받을 때 야기되는 불규칙성을 검출하는 것에 기초한다. 재료 이미지 분석기는 편광에 의존하기 때문에, 테스트할 재료가 변경될 때, 편광도 변할 수 있으며 이는 결함이 존재하지 않는 경우에 결함을 나타낼 수 있다. 그러나, 분석 양태의 일부로서, 결함 또는 불규칙성 분석이 데이터 해석으로 바뀌고 이는 필름 견본으로부터의 결과 범위를 검토하여 표준 편차 및 평균으로부터 떨어져 있는 정도에 기초하여 특이치들을 식별함으로써 수행된다.. 따라서, 결함을 결정하는 본 방법은 재료와 무관하고 문제에 대한 보다 보편적인 솔루션이다.

여기서는 재료 이미지 분석기 시스템(20)이 편광 원리에 기초하는 것으로 개시되었지만, 재료 이미지 분석기 시스템(20)은 다른 형태들을 취할 수도 있다. 예를 들어, 재료 이미지 분석기 시스템(20)은 광학 제어 시스템(OCS, optical control system) 테스터와 같이 결함을 정량화하고 결함의 유형들을 식별하는 겔 테스터(gel tester)일 수 있다. 광학 투광 분석기 시스템 또는 초음파 결함 검출 시스템과 같은 대안이 사용될 수도 있다. 또한, 필름 견본은 재료 이미지 분석기 시스템(20)을 건너뛰어 두께 측정 시스템(16), 절단 장치(18) 또는 인열 분석 장치(22)와 같이 언급된 시스템들 중 임의의 시스템을 임의의 순서로 계속될 수 있다. 이러한 상황에서, 또는 재료 이미지 분석기 시스템(20)의 사용에 더하여, 필름 견본은 인열 분석 장치로 여러 번 테스트되어 결함을 가질 수 있는 필름 견본들을 식별하는 데 사용될 수 있는 통계적 모델을 얻을 수 있다.

재료 이미지 분석기 시스템(20) 후에, 필름 견본은 로봇 시스템(12)에 의해 인열 분석 장치(22)로 이동된다. 인열 분석 장치(22)는 필름 견본을 미리 결정된 속도 및 가속도로 인열한다. 로드 셀은 필름 견본의 인열 전체에 걸친 힘 프로파일을 측정한다. 도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 인열 분석 장치(22)의 3차원 사시도를 도시한다. 인열 분석 장치(22)는 로봇 클램프(94)와 같은 가동 클램프에 부착된 인열 로봇(92)을 포함할 수 있다. 인열 분석 장치(22)는 고정 클램프 스테이션(96)을 포함할 수 있다. 인열 분석 장치(22)는 제1 고정 클램프 스테이션(96)의 반대편에 위치되는 제2 고정 클램프 스테이션(96)을 포함할 수 있다. 인열 분석 장치(22)는 도 12에 도시된 두 개의 고정 클램프 스테이션(96)보다 많거나 적은 고정 클램프 스테이션을 포함할 수 있다.

도 13a 내지 13c는 본 개시의 일 실시 예에 따른 고정 클램프 스테이션(96)의 3차원 사시도를 도시한다. 고정 클램프 스테이션(96)은 절단 장치(18)에 의해 절단된 3"x3"(76mm x 76mm) 필름 견본들 중 두 개와 같은 두 개의 필름 견본을 홀드할 수 있다. 제2 고정 클램프 스테이션(96)은 고정 클램프 스테이션(96)의 반대편에 제공되어 절단 장치(18)에 의해 절단된 나머지 두 개의 3"x3"(76mm x 76mm) 필름 견본과 같은 두 개의 추가 필름 견본을 수용할 수 있다. 각 고정 클램프 스테이션(96)은 고정 클램프 그리퍼(98), 슬리터 날(100), 슬리터 날 액추에이터(102) 및 로드 셀(104)을 포함할 수 있다. 고정 클램프 스테이션(96)이 네 개의 3"x3"(76mm x 76mm) 견본과 관련하여 설명되었지만, 상이한 형상들 및 크기들의 보다 많거나 적은 견본이 테스트될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 즉, 견본은 3"x3"(76mm x 76mm)일 필요는 없고, 임의의 크기, 형상 또는 수량일 수 있다.

도 13a을 참조하면, 두 개의 고정 클램프 그리퍼(98)가 도시되어 있다. 고정 클램프 그리퍼들(98)는 각각 공압식으로 작동되는 두 개의 그리퍼 핑거(106)를 포함할 수 있다. 고정 클램프 그리퍼들(98)은 Schunk MPG50 그리퍼일 수 있다. 각 고정된 클램프 그리퍼(98)는 그리퍼 핑거들(106) 사이에 단일 필름 견본(68)(예를 들어, 도 7 참조)을 클램핑할 수 있다. 하측 그리퍼 핑거(106)는 로드 셀(104) 위에 장착될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 로드 셀(104)은 고정 클램프 그리퍼(98)와 나머지 고정 클램프 스테이션(96) 사이의 유일한 지지점일 수 있다. 그러한 배열은 로드 셀(104)이 고정 클램프 그리퍼(98)를 통해 인열력을 정확하게 측정할 수 있게 한다.

도 13b를 참조하면, 두 개의 슬리터 날(100) 및 슬리터 날 액추에이터(102)가 도시되어 있다. 슬리터 날 액추에이터(102)는 인열 전파가 개시될 수 있게 하기 위해 필름 견본을 절단하도록 슬리터 날들(100)를 구동한다. 슬리터 날 액추에이터(102)는 수축된 위치(도시되지 않음)와 연장된 위치(도 13b) 사이에서 슬리터 날(100)를 작동시킬 수 있다. 수축된 위치에서, 슬리터 날(100)는 하측 그리퍼 핑거(106)의 상부 표면을 지나 연장되지 않을 수 있다. 연장된 위치에서, 슬리터 날(100)은 하측 그리퍼 핑거(106)와 상측 그리퍼 핑거(106) 사이에 그리핑된 필름 견본의 절단을 개시하도록 하측 그리퍼 핑거(106)의 상부 표면을 지나 상향 연장될 수 있다. 슬리터 날 액추에이터(102)는 고정 클램프 스테이션(96)의 수직 축을 따라 선형 방향으로 공압식으로 작동될 수 있다. 슬리터 날 액추에이터(102)는 대안적으로 유압식, 전기식, 기계식, 자기식, 열식 또는 다른 알려져 있는 작동 장치일 수 있다. 도시된 바와 같이, 고정 클램프 스테이션(96)은 두 개의 3"x3"(76mm x 76mm) 필름 견본의 초기 절단을 수행하기 위해 두 개의 슬리터 날(100) 및 슬리터 날 액추에이터(102)를 갖지만, 다른 치수들도 가능하다. 슬리터 날(100)이 고정 클램프 스테이션(96)에 결합된 것으로 설명 및 도시되어 있지만, 슬리터 날(100)은 고정 클램프 그리퍼(98)의 그리퍼 핑거들 사이에 슬리터 날을 위치시키는 다른 구성요소들 상에 제공될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.

도 13c를 참조하면, 두 개의 로드 셀(104)이 도시되어 있다. 각 로드 셀(104)은 로드 셀(104)의 바닥면이 고정 클램프 스테이션(96)에 장착되도록 장착될 수 있다. 그리퍼 핑거(106)는 로드 셀(104)의 상면상에 장착될 수 있다. 이는 고정 클램프 그리퍼(98)가 필름 견본의 인열 동안 로드 셀(104)에 당기는 작용을 미치고 그에 따라 로드 셀(104)이 장력을 측정할 수 있게 한다. 로드 셀(104)은 6-축 로드 셀 또는 단축 로드 셀일 수 있다. 예시적인 6-축 로드 셀은 FT17900, Nano 25일 수 있다. 예시적인 단축 로드 셀은 ICP 힘 센서, 208C02일 수 있다. 로드 셀(104)이 고정 클램프 스테이션(96) 상에 있는 것으로 설명 및 도시되어 있지만, 로드 셀(104)은 그리퍼 핑거(108)와 같은 로봇 클램프(94)의 일부에 결합될 수 있는 것으로 이해된다.

도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 클램프(94)의 3차원 사시도를 도시한다. 로봇 클램프(94)는 4-축 인열 로봇(92)(도 12) 상에 장착될 수 있으며, 이는 X-Y 평면에서 그리고 수직 Z-방향으로 이동할 수 있고 Z-축을 중심으로 회전할 수 있다. 인열 로봇(92)은 Epson SCARA 로봇 모델 G10-854S일 수 있다. 인열 로봇(92)은 재료 표본의 인열을 수용하기 위해 적어도 X-Y 평면 내에서 이동할 수 있는 임의의 로봇일 수 있다. 로봇은 예를 들어, 각, 직선, 수직, 수평 및 원형의 다수의 방향으로, 또는 정의된 궤적을 따라 필름 견본을 인장도록 프로그램될 수 있는 임의의 로봇일 수 있다. 일 실시 예에서, 로봇은 필름 견본을 수직 방향으로 인장하도록 프로그램되고 로봇에 대한 모션 파라미터들이 최대 선형 속도 1325 mm/s(4.4 ft/s) 및 가속도 10000 mm/s2(32.8 ft/s2 )로 설정된다.

로봇 클램프(94)는 인열 테스트 동안 필름 견본을 홀드하기 위한 두 개의 그리퍼 핑거(108)를 포함할 수 있다. 그리퍼 핑거들(108)은 공압식으로 작동될 수 있다. 로봇 클램프(94)는 테스트 후 인열된 필름 견본을 모아 내주기 위한 진공 컵들(110)을 포함할 수 있다. 두 개의 진공 컵(110)이 도시되어 있지만, 필름 견본을 모으고 내주는 데 임의의 수의 진공 컵이 사용될 수 있다.

도 15를 참조하여, 슬릿(slit)이 형성되면, 로봇 클램프(94)는 인열 로봇(92)에 의해 상향 수직 모션으로 이동할 수 있다. 이러한 모션은 슬릿을 따라 인열을 전파하여, 필름 견본이 제1 부분 및 제2 부분으로 인열되게 할 수 있다. 제1 부분은 로봇 클램프(94)의 그리퍼 핑거들(108)에 의해 그리핑될 수 있고, 제2 부분은 고정 클램프 스테이션(96)의 고정 그리퍼 핑거들(106)에 의해 그리핑될 수 있다. 힘 프로파일은 인열 동안 로드 셀(104)을 이용하여 측정되고, 컴퓨터 시스템(26)에 의해 처리/저장된다.

다시 도 1을 참조하면, 인열 분석 시스템(10)의 실시 예에 대한 테스트 절차는 다음 단계들을 포함할 수 있다:

재료 홀더 시스템(14)을 사용하여 로봇 시스템(12)에 의해 필름 표본을 픽업하는 단계,

두께 측정 시스템(16)을 사용하여 필름 표본의 두께를 측정하는 단계,

절단 장치(18)를 사용하여 6"x6"(152mm x 152mm) 필름 표본을 네 개의 3"x3"(76mm x 76mm) 필름 견본으로 절단하는 단계,

네 개의 3"x3"(76mm x 76mm) 필름 견본을 인열 분석 장치(22)에 배치하는 단계, 및

네 개의 3"x3"(76mm x 76mm) 필름 견본을 인열하고 각각 힘 프로파일들을 측정하며 테스트된 필름 견본들을 폐기하는 단계.

선택적으로, 테스트 절차는 재료 이미지 분석기 시스템(20)을 사용하여 필름 견본들의 재료 이미지 결함 분석을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

단계 (a)와 관련하여, 6"x6"(152mm x 152mm) 필름 표본은 이송 시스템을 통해 작업대(24)로 이송된다. 필름 표본은 결과 테스트 데이터(예를 들어, 두께 측정 시스템(16), 재료 이미지 분석기 시스템(20) 및 인열 분석 장치(22)로부터의)를 표본, 예를 들어, 라이브러리 ID 및/또는 파일 명명 규칙과 연관시키기 위한 샘플 색별을 가질 수 있다. 로봇 시스템(12)은 재료 홀더 시스템(14)을 이송 시스템상의 필름 표본 가까이 이동시킨다. 진공 컵들(44)(또는 다른 알려져 있는 그리핑 장치들)이 하향으로 향한 상태에서, 재료 홀더 시스템(14) 및 진공 컵들(44)이 필름 표본 위에 위치되도록 6"x6"(152mm x 152mm) 필름 표본이 진공 컵(44)으로 그리핑된다.

단계 (b)와 관련하여, 로봇 시스템(12)은 필름 표본을 홀드하는 재료 홀더 시스템(14)을 두께 측정 시스템(16)으로 이동시킬 수 있다. 로봇 시스템(12)은 필름 표본을 두께 측정 시스템(16)의 접촉 표면들(46 및 48) 사이에 위치시킬 수 있다. 접촉 표면들(46)에 연결된 샤프트들(54)이 필름의 두께를 측정하도록 연장된다.

단계 (c)와 관련하여, 그리핑된 필름 표본을 갖는 로봇 시스템(12)은 두께 측정 시스템(16)으로부터 절단 장치(18)로 이동된다. 절단 장치(18)는 필름 표본을 보다 작은 필름 견본들로 절단한다. 예를 들어, 6"x"6"(152mm x 152mm) 필름 표본은 3"x3"(76mm x 76mm) 크기의 네 개의 필름 견본으로 절단할 수 있지만, 다른 크기들 및 수량들도 가능하다.

그리핑된 필름 표본은 진공 컵들(44) 및 재료 홀더 시스템(14)이 이제 필름 표본 아래에 위치되고 필름 표본은 절단 장치(18)의 필름 지지판(56)과 압력판(62) 사이에 삽입되도록 회전된다. 필름 표본은 압력판(62) 상의 진공 컵(82)으로 그리핑되고 재료 홀더 시스템(14)의 진공 컵들(44)은 해제된다. 압력판(62)은 필름 표본이 홈들(78)과 설형부들(80) 사이에 그리핑되도록 공압 실린더(58)로 하강된다. 제1 선형 모터(64)는 필름 표본을 제1 방향으로 절단하기 위해 날(70)을 이동시키도록 작동된다. 그 다음 제1 선형 모터(64) 및 날(70)은 수축된다. 제2 선형 모터(64)는 필름 표본을 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 절단하기 위해 제2 날(70)을 이동시키도록 작동된다. 그 다음 제2 선형 모터(64) 및 날(70)은 수축된다. 6"x6"(152mm x 152mm) 필름 표본은 이제 3"x3"(76mm x 76mm) 크기의 네 개의 필름 표본이다. 압력판(62)은 공압 실린더(58)로 상승되고 로봇 시스템(12)은 재료 홀더 시스템(14)을 네 개의 필름 견본 아래에 이동시킨다. 네 개의 필름 견본은 재료 홀더 시스템(14)의 진공 컵(44)으로 그리핑되고 압력판(62)의 진공 컵(82)은 해제된다. 필름 표본로부터 필름 견본들을 절단하는 대안적인 방법들도 채용될 수 있다.

단계 (d)와 관련하여, 로봇 시스템(12)은 재료 홀더 시스템(14) 그리고 이에 의해 보홀드된 네 개의 필름 견본을 인열 분석 장치(22)로 이동시킨다. 로봇 시스템(12)은 3"x3"(76mm x 76mm) 필름 표본들 중 두 개를 제1 고정 클램프 스테이션(96)의 그리퍼 핑거들(106) 사이에 위치시킨다. 공압식 오퍼레이터는 그리퍼 핑거들(106) 사이에 두 개의 필름 견본을 홀드하도록 작동된다. 진공 컵들(44)은 처음 두 개의 견본으로부터 해제된다. 그 다음, 로봇 시스템(12)은 3"x3"(76mm x 76mm) 필름 견본들의 나머지 두 개를 제1 고정 클램프 스테이션(96)의 반대편에 위치된 제2 고정 클램프 스테이션(96)의 그리퍼 핑거들(106) 사이에 위치시킨다. 공압식 오퍼레이터는 그리퍼 핑거들(106) 사이에 나머지 두 개의 필름 견본을 홀드하도록 작동된다. 진공 컵들(44)은 나머지 두 개의 필름 견본으로부터 해제된다. 로봇 시스템(12)은 재료 홀더 시스템(14)을 제2 고정 클램프 스테이션(96)으로부터 멀어지게 이동시킨다.

이때, 로봇 시스템(12)은 네 개의 필름 견본을 모두 인열 테스트 시스템에 전달하였다. 이제 로봇 시스템(12)은 이송 시스템으로부터 또 다른 6"x6"(152mm x 152mm) 필름 표본을 회수하고 로봇 클램프(94)가 단계 (f), 네 개의 제1 3"x3"(76mm x 76mm) 필름 견본에 관한 테스트를 수행하는 동안 단계 (a) 내지단계 (e)를 다시 시작할 수 있다. 그러한 로봇 시스템(12) 및 로봇 클램프(94)의 동시 또는 실질적으로 동시 작동은 견본 테스트의 처리량을 높일 수 있다.

단계 (e)와 관련하여, 로봇 클램프(94)는 필름 견본이 로봇 클램프(94)의 그리퍼 핑거들(108) 및 고정 클램프 스테이션(96)의 그리퍼 핑거들(106)에 의해 그리핑되도록, 네 개의 3"x3"(76mm x 76mm) 필름 견본 중 제1 필름 견본을 그리핑하도록 이동된다. 슬리터 날(100)은 그리퍼 핑거들(106)과 그리퍼 핑거들(108) 사이의 제1 필름 견본에 슬릿을 절단하도록 작동된다. 그 다음, 로봇 클램프(94)는 필름 견본이 제1 부분 및 제2 부분으로 인열되도록, 슬릿을 따라 인열을 전파시키도록 상향 수직 모션으로 이동된다(도 15). 로드 셀(104)을 이용하여 힘 프로파일이 인열을 따라 측정된다. 계속해서 로봇 클램프(94)의 그리퍼 핑거들(108)로 제1 필름 견본 부분을 그리핑하기 위해, 로봇 클램프(94)가 하강되고 진공 컵들(110)은 제2 필름 견본 부분을 그리핑하도록 작동된다. 그리퍼 핑거들(108)은 로봇 클램프(94) 및 진공 컵들(110)이 제1 및 제2 필름 견본 부분들을 폐기 위치로 이동시키도록 해제된다. 진공 컵들(110)에 의해 홀드된 제2 필름 견본 부분은 그리퍼 핑거들 또는 진공 컵들(110)으로부터 제2 필름 견본 부분을 제거하기 위한 에어 브러시 또는 퍼프와 같은 폐기 메커니즘에 대해 이동되어 폐기 용기로 떨어진다. 로봇 클램프(94)의 그리퍼 핑거들(108)에 의해 홀드되는 제1 필름 견본 부분은 제1 필름 견본 부분이 또한 폐기 용기로 떨어지거나 또는 폐기 메커니즘이 필름을 제거할 수 있게 하도록 해제된다.

제1 3"x3"(76mm x 76mm) 필름 견본을 폐기한 후, 로봇 클램프(94)는 제1 고정 클램프 스테이션(96)으로 되돌아가고 제1 고정 클램프 스테이션(96)에 홀드된 제2 3"x3"(76mm x 76mm) 필름 견본에 관해 단계 (f)를 반복한다. 제2 3"x3"(76mm x 76mm) 필름 견본을 폐기한 후, 로봇 클램프(94)는 제1 고정 클램프 스테이션(96)으로 이동되고 제2 고정 클램프 스테이션(96) 상에 홀드된 제3 및 제4 필름 견본들에 관해 인열 테스트 및 폐기 단계 (f)를 반복한다.

실시 예들에 따라, 단계 (b), 단계 (c) 및 단계 (d) 중 임의의 단계 전에, 그리핑된 3"x3"(76mm x 76mm) 필름 견본들은 이제 진공 컵들(44) 및 재료 홀더 시스템(14)이 필름 견본들 위에 위치되도록 회전될 수 있다. 필름 견본들은 재료 이미지 분석기 시스템(20)에 삽입될 수 있다. 필름 견본들은 재료 이미지 분석기 시스템(20)을 사용하여 결함 및 불규칙성에 대해 분석된다. 실시 예들에 따르면, 재료 이미지 분석기 시스템(20)은 필름 견본의 다음 품질들 중 하나 이상을 분석할 수 있다: 필름 영역은 인열 분석 결과에 영향을 미칠 중대한 결함을 포함하지 않는다; 필름 견본의 가장자리가 들쭉날쭉하지 않는다; 그리고 필름 견본은 재료 홀더 시스템(14)에서 정사각형(즉, 적절하게 배향되고/되거나 적절하게 절단됨)이다. 재료 이미지 분석기 시스템(20)응 이용하여 분석하는 단계는 생략될 수도 있다.

프로세스가 상기한 순서로 설명되었지만, 순서는 변경될 수 있음을 인식될 것이다. 실시 예들에 따르면, 순서는 시스템 효율 증진을 위해 예를 들어, 작업대(24) 상의 구성요소들의 근접성을 기초로 할 수 있다.

필름 견본에 인열을 전파하기 위한 것으로 로봇 클램프(94)가 3"x3"(76mm x 76mm) 설명 및 도시되었지만, 선형 모터들, 다른 유형들의 로봇 시스템들 및/또는 중력 낙하 인열을 위한 사하중 자동 피킹 및 배치와 같은 다른 대안들이 사용될 수도 있다.

로봇 클램프(94)가 상향 수직 운동을 통해 인열을 전파하는 것으로 설명되었지만, 다른 대안적인 궤도들이 채용될 수도 있다. 로봇 클램프(94)(또는 다른 인열 전파 메커니즘)는 선형 궤적들(수직 및/또는 수평) 또는 각, 원형 또는 스플라인 궤적들일 수 있는 정의된 궤적으로 인열 모션을 수행하도록 프로그램될 수 있다. 또한, 로봇 클램프(94)의 가속도, 속도 및 이동 거리가 프로그램될 수 있다. 정현파 곡선(예를 들어, 진자의 가속도 곡선)과 같은 가변 가속 모션이 프로그램될 수도 있다. 대안적으로, 인열 로봇(92) 및 로봇 클램프(94)는 필름 견본을 인열할 수 있는 고속 선형 모터들로 대체될 수도 있다.

또한, 인열을 따라 힘 프로파일을 측정하기 위해 상이한 유형들의 로드 셀들(104)이 사용될 수 있다. 선택된 로드 셀(104)의 유형은 로드 셀의 범위(측정될 최대 인열 강도 힘에 따르는),로드 셀의 해상도(원하는 측정 정밀도 및 정확도에 기초하는) 및 로드셀의 힘 측정 정도(필름 견본의 상세 인열 분석 요구 사항에 따르는)를 포함하여, 여러 요인에 따를 수 있다. 6-축 로드 셀은 여섯 방향(F_x, F_y, F_z, T_x, T_y, T_z) 각각의 인열력 및 인열 방향에서의 힘을 측정 및 분석하기 위해 사용될 수 있다.

인열 분석 시스템(10)의 장비는 상이한 필름 표본 치수들에 사용될 수 있다. 도 16을 참조하면, 인열 장비는 ASTM D1922 표준에 명시된 치수들에 대해 또는 3"x2.5"(76.2mm x 63.5mm) 직사각형 또는 3"x3"(76mm x 76mm) 정사각형과 같은 다른 치수들에 사용될 수 있다. 또한 인열 분석 시스템(10)의 장비는 다른 재료들에도 사용될 수 있다. 재료는 여기에 설명된 바와 같은 중합체 필름들이거나, 또는 접착제, 플라크, 카퍼 섬유, 부직 섬유 등을 포함하는 대안적인 중합성 표본들, 또는 종이, 천, 호일 등과 같은 비중합성 표본들에 있을 수 있다.. 분석 시스템(10)은 최대 4800 그램의 강도 및 최대 4 mil(0.102 mm) 범위의 두께를 갖는 재료들을 테스트할 수 있다. 그러나, 보다 강한 필름을 테스트할 수도 있다. 그리퍼들과 같은 구성요소들에 대한 변경은 상이한 치수, 속성, 특성 또는 강도를 갖는 상이한 재료들을 테스트할 수 있게 한다.

일 실시 예에서, 인열 분석 장치(22)와 통신하는 컴퓨터 시스템(26)은 두께 측정 시스템(16), 재료 이미지 분석기 시스템(20) 및 인열 분석 장치(22)로부터 데이터를 수집 또는 획득하도록 구성된다. 컴퓨터 시스템(26)은 사용자가 플라스틱 필름의 식별과 같은 테스트 파라미터들을 입력하여 결과가 그것을 정확한 식별에 연결짓는 데이터베이스에 저장될 수 있게 하는 사용자 인터페이스를 포함한다. 사용자 인터페이스는 또한 인열 궤적(거리, 속도 및 가속도)과 같은 테스트 파라미터들을 변경하게 할 수도 있다. 컴퓨터 시스템(26)은 로봇 시스템(12) 및 로봇 클램프(94) 둘 다를 제어할 수 있다. 로봇 시스템(12)은 메인 컨트롤러상에서 실행될 수 있는 한편 로봇 클램프(94)는 메인 컨트롤러에 슬레이브로서 연결될 수 있다. 필름 견본에 대해 획득된 데이터는 컴퓨터 시스템(26) 상의 마스터 데이터베이스에 저장되거나 컴퓨터 시스템(26)과 통신할 수 있다. 데이터는 두께 측정, 이미지 분석, 힘 프로파일, 인열 테스트 데이터 등을 포함할 수 있다.

일 실시 예에서, 3"x3"(76mm x 76mm) 필름 견본은 도 16에서 알 수 있는 바와 같이 원본 ASTM D1922 표본에서와 동일한 길이의 인열(1.7")을 갖는다. 일 실시 예에서, 필름의 인열 지속 기간 동안 힘 대 시간이 도표로 도시된다. 이러한 데이터로부터 필름 견본을 인장하는 데 필요한 최대 힘(peak force)이 계산된다:

필름을 인장하기 위해 수행된 작업은 변위(x₂-x₁)에 대한 힘 곡선을 통합하여 계산된다. 예시적인 인열 테스트가 도 17 및 18에 도시되어 있다. 도 17은 테스트에 대한 힘 대 변위 곡선을 도시한다. 도 18은 테스트에 대한 힘 대 시간 곡선을 도시한다. 이러한 예시적인 테스트에서, 변위 지점들(x₂, x₁)은 견본이 인열될 때 힘이 변위 거리에 대해 적분됨을 확인하기 위해 50 그램마다의 힘 임계값에서 선택되지만, 다른 임계값들도 가능하다. 수행된 작업은 다음과 같이 계산된다:

평균 힘은 다음과 같이 필름을 인열하는 데 소요된 것으로 계산된 수행된 작업을 필름을 인열할 때 이동된 거리로 나누어서 계산한다:

최대 힘 및 평균 힘은 표본 크기에서 각각의 견본들마다 계산되고, 통계적 파라미터 평균 및 표준 편차는 표본 크기로부터 계산된다. 각 힘에 대한 정규화된 값은 mil 두께당 힘으로 계산된다.

"컴퓨터 시스템"이라는 용어는 여기서 임의의 데이터 처리 시스템 또는 처리 유닛 또는 유닛들을 망라하도록 사용된다. 컴퓨터 시스템은 하나 이상의 프로세서 또는 처리 유닛들을 포함할 수 있다. 또한 컴퓨터 시스템은 분산 컴퓨팅 시스템일 수도 있다. 컴퓨터 시스템은 예를 들어, 데스크탑 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, PDA, 태블릿, 스마트 폰 등과 같은 핸드헬드 컴퓨팅 장치를 포함할 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품 또는 제품들은 위 단락들에 설명된 기능들 또는 동작들을 실현하기 위해 컴퓨터 시스템상에서 실행될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상술한 기능들 또는 동작들을 수행하기 위해 컴퓨터 시스템을 프로그래밍하는 데 사용되는 명령들을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 매체 또는 저장 매체 또는 매체들을 포함한다. 적합한 저장 매체 또는 매체들의 예들은 플로피 디스크, 광학 디스크, DVD, CD ROM, 자기 광학 디스크, RAM, EPROM, EEPROM, 자기 또는 광학 카드, 하드 디스크, 플래시 카드(예를 들어, USB 플래시 카드), PCMCIA 메모리 카드, 스마트 카드 또는 기타 매체들을 포함하여 임의의 유형의 디스크를 포함한다. 대안적으로, 일부 또는 전체 컴퓨터 프로그램 제품은 인터넷, ATM 네트워크, 광역 네트워크(WAN) 또는 근거리 네트워크와 같은 네트워크를 통해 원격 컴퓨터 또는 서버로부터 다운로드될 수 있다.

하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 매체상에 저장되는 프로그램은 범용 또는 특화된 컴퓨터 시스템 또는 프로세서를 제어하기 위한 소프트웨어를 포함할 수 있다. 소프트웨어는 또한 컴퓨터 시스템 또는 프로세서가 그래픽 사용자 인터페이스, 헤드 마운트 디스플레이(HMD) 등과 같은 출력 장치들을 통해 사용자와 상호 작용할 수 있게 한다. 또한 소프트웨어는 장치 드라이버, 운영 체제 및 사용자 애플리케이션을 포함할 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 대안적으로, 상술된 방법은 컴퓨터에 내장된 컴퓨터 프로그램 제품(들)(예를 들어, 소프트웨어 제품들)로서 상술된 방법들을 구현하는 것 대신 또는 추가하여, 예를 들어 주문형 집적 회로(ASIC) 또는 그래픽 처리 유닛 또는 유닛들(GPU)이 본 개시의 방법 또는 방법들, 기능들 또는 동작들을 구현하도록 설계될 수 있는 하드웨어로서 구현될 수 있다.

Claims

필름 표본의 물리적 특성을 분석하기 위한 시스템으로서,
상기 필름 표본을 홀드(hold)하도록 구성되는 재료 홀더 시스템; 및
상기 필름 표본을 인열(tear)시키고 상기 인열의 특성을 측정하도록 구성된 인열 분석 장치를 포함하며;
상기 재료 홀더 시스템 내의 상기 필름 표본을 상기 인열 분석 장치로 이동시키도록 가동 시스템이 구성되는, 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 가동 시스템은 분절(articulating)-아암 로봇 아암 시스템(robotic arm system)을 포함하는, 시스템.
청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 필름 표본을 복수의 필름 견본으로 절단하도록 구성된 절단기를 더 포함하며;
상기 가동 시스템은 상기 필름 표본을 상기 절단기로 이동시키도록, 그리고 상기 복수의 필름 표본을 상기 절단기로부터 재료 두께 측정 시스템, 재료 이미지 분석기 시스템 및 인장 분석 장치 중 적어도 하나로 이동시키도록 구성되는, 시스템.
청구항 3에 있어서, 상기 재료 홀더 시스템은 진공 흡인을 통해 상기 필름 표본 및 필름 견본들을 홀드하도록 구성된 진공 흡인 시스템을 포함하는, 시스템.
청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필름 표본의 두께를 측정하도록 구성된 재료 두께 측정 시스템을 더 포함하는, 시스템.
청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재료 두께 측정 시스템은 상기 측정 동안 상기 필름 표본의 천공을 방지하기 위해 확산 영역(spread area) 위 상기 필름 표본의 두께를 측정하도록 구성된 프로브(probe)를 포함하는, 시스템.
청구항 3 또는 4에 있어서, 상기 절단기는 상기 필름 표본을 제1 방향으로 절단하기 위한 제1 날(blade)과 관련된 제1 선형 액추에이터 및 상기 필름 표본을 제1 방향을 가로지는 제2 방향으로 절단하기 위한 제2 날과 관련된 제2 선형 액추에이터를 포함하는, 시스템.
청구항 3, 4 및 7 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절단기는 절단 동안 상기 필름 표본을 홀드하도록 구성된 필름 지지판 및 상기 필름 표본을 상기 필름 지지판에 대고 가압하도록 구성된 압력판을 포함하고, 상기 필름 지지판 및 상기 압력판 중 하나는 하나 이상의 설형부(tongue)를 획정하고 하나 이상의 상기 필름 지지판 및 상기 압력판 중 다른 하나는 상기 하나 이상의 설형부와 정합하는 하나 이상의 홈을 획정하며, 상기 필름 표본은 절단 동안 필름 지지판과 상기 압력판 사이에 홀드되는, 시스템.
청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인열 분석 장치는:
상기 필름 표본 또는 상기 복수의 필름 견본 중 하나의 제1 부분을 홀드하는 고정 클램프 스테이션; 및
상기 필름 표본 또는 상기 복수의 필름 견본 중 하나의 제2 부분을 홀드하는 가동 클램프를 포함하는, 시스템.
청구항 9에 있어서, 상기 가동 클램프를 상기 고정 클램프 스테이션에 대하여 이동시키는 로봇 아암을 더 포함하는, 시스템.
청구항 9 또는 10에 있어서, 상기 고정 클램프 스테이션과 상기 가동 클램프 중 하나와 연관되는 힘 센서를 더 포함하는, 시스템.
청구항 9 또는 10에 있어서, 상기 필름 표본 또는 필름 견본에 슬릿(slit)을 절단하도록 구성된 적어도 하나의 날을 더 포함하며, 상기 적어도 하나의 날은 상기 고정 클램프 스테이션과 상기 가동 클램프의 그리퍼(gripper) 사이에 위치되는, 시스템.
청구항 1 내지 12 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필름 표본의 결함을 검출하도록 구성된 재료 이미지 분석기 시스템을 더 포함하는, 시스템.
필름 표본의 물리적 특성을 분석하기 위한 방법으로서,
가동 시스템에 연결되는 재료 홀더 시스템에 의해 상기 필름 표본을 홀드하는 단계;
상기 가동 시스템을 사용하여 상기 필름 표본을 인열 분석 장치로 이동시키는 단계; 및
상기 인열 분석 장치를 사용하여 상기 필름 표본의 물리적 특성을 테스트하는 단계를 포함하는, 방법.
청구항 14에 있어서,
상기 가동 시스템에 의해 상기 필름 표본을 절단기로 이동시키는 단계; 및
상기 절단기를 사용하여 상기 필름 표본을 적어도 두 개의 보다 작은 필름 견본으로 절단하는 단계를 더 포함하는, 방법.
청구항 14 또는 15에 있어서, 상기 필름 표본의 상기 물리적 특성을 테스트하는 단계는:
고정 클램프를 사용하여 상기 필름 표본 또는 필름 견본의 제1 부분을 홀드하는 단계;
가동 아암을 사용하여 상기 필름 표본 또는 필름 견본의 제2 부분을 홀드하는 단계; 및
상기 가동 아암을 이동시켜 상기 필름 표본 또는 필름 견본은 인열하는 단계를 포함하는, 방법.
청구항 16에 있어서, 슬리터 날을 사용하여 상기 필름 표본 또는 상기 필름 견본에서 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에 슬릿을 절단하는 단계를 더 포함하는, 방법.
청구항 14 내지 17 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가동 시스템에 의해 상기 필름 표본을 재료 두께 측정 시스템으로 이동시키는 단계; 및
상기 재료 두께 측정 시스템을 사용하여 상기 필름 표본의 두께를 측정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
청구항 14 내지 18 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가동 시스템에 의해 상기 필름 표본을 재료 이미지 분석기 시스템으로 이동시키는 단계; 및
상기 재료 이미지 분석기 시스템을 사용하여 상기 필름 표본의 결함을 검출하는 단계를 더 포함하는, 방법.