KR20200032166A - 필름 인장 테스트용 시스템 - Google Patents
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Abstract
필름 샘플의 물리적 특성을 분석하기 위한 방법 및 시스템이 본 출원에서 설명된다. 본 시스템은 필름 샘플을 홀딩하도록 구성된 재료 홀더 시스템을 포함할 수 있다. 본 시스템은 필름 샘플을 신장시키고 필름 샘플의 물리적 특성을 결정하도록 구성된 인장 테스트 시스템을 포함할 수 있다. 본 시스템은 재료 홀더 시스템에 결합되고 스테이션들 사이에서 분석 또는 테스트될 홀딩된 필름 샘플을 이동시키도록 구성된 가동 시스템을 포함할 수 있다. 가동 시스템은 재료 홀더 시스템에 홀딩된 필름 샘플을 인장 테스트 시스템으로 이동시키도록 구성된다.
Description
본 발명은 재료 필름의 인장 테스트 시스템에 관한 것이다.
재료의 물리적 특성을 특성화하는 것은 재료의 생산에 사용되는 화학 제제(formulation)를 분석 및 개선할 뿐만 아니라 재료를 제조하는 프로세스를 분석 및 개선하는데 유용하다. 물리적 특성을 특성화하는 것은 소비자가 특정 사용 사례에 가장 적합한 제품을 결정하는데 도움이 될 뿐만 아니라 연구원이 특정 애플리케이션을 위한 새로운 솔루션을 개발할 수 있도록 도와준다.
재료의 유용한 물리적 특성 중 하나는 재료의 인장 강도(tensile strength)를 결정하는 것이다. 인장 테스트는, 예를 들어, 박막이 플라스틱 랩 및 패키징 테이프와 같은 패키징 용도에 종종 사용되기 때문에 박막의 인장 특성을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 의도된 목적을 위한 재료의 적합성은 인장 연신(tensile stretching) 동안 재료가 견딜 수 있는 능력에 좌우될 수 있다. 이러한 경우에, 재료의 화학적 및 물리적 특성은 재료의 인장 저항에 영향을 미칠 수 있다. 인장 테스트는 일반적으로 재료 샘플을 일정한 속도로 연신하고 발휘하는 힘을 측정 및 레코딩한다. 힘 곡선이 레코딩되고 재료 샘플에 대한 영률(Young's modulus), 푸아송 비(Poisson's ratio), 항복 강도, 인장 강도, 스트레인-경질화(strain-hardening) 등과 같은 다양한 재료 특성이 결정될 수 있다.
ASTM(American Society for Testing and Materials)는 재료를 특성화하기 위해 전 세계적으로 널리 사용되는 표준 세트를 가지고 있다. 인장 테스트는 플라스틱 산업에서 자주 수행되는 대중적인 테스트이다. 현재 Zwick, Instron 및 MTS와 같은 인장 테스트 시스템을 사용할 수 있다. 그러나, 이들 도구들은 샘플 준비에서 다수의 샘플 분석에 이르기까지 무인 작동을 제공할 수 없다. 추가적으로, 이러한 도구들은 샘플 폭과 두께를 수동으로 입력해야 할 수도 있다. 추가적으로, 종래 기술의 시스템은 비 강성 재료를 효과적으로 테스트할 수 없다.
따라서, 종래 기술의 이들 및 다른 단점을 극복하는 필름 인장 테스트를 위한 자동화 시스템에 대한 요구가 있다.
본 개시에 따른 필름 인장 테스트를 하기 위한 시스템을 사용함으로써, 다수의 필름 샘플을 테스트하기 위한 프로세스가 샘플 준비로부터 테스트를 통해 자동화될 수 있고, 스루풋이 개선될 수 있는 것으로 결정되었다.
본 개시의 일 실시예에 따른, 필름 샘플의 물리적 특성을 분석하기 위한 시스템은 상기 필름 샘플을 홀딩하도록 구성된 재료 홀더 시스템, 상기 필름 샘플을 신장시키고 상기 필름 샘플의 물리적 특성을 결정하도록 구성된 인장 테스트 시스템(tensile testing system), 및 상기 재료 홀더 시스템에 결합되고 스테이션(station)들 사이에서 분석 또는 테스트될 홀딩된 상기 필름 샘플을 이동 시키도록 구성된 가동 시스템(movable system)을 포함할 수 있다. 상기 가동 시스템은 상기 재료 홀더 시스템에 홀딩된 상기 필름 샘플을 상기 인장 테스트 시스템으로 이동 시키도록 구성된다.
본 개시의 일 실시예에 따른, 필름 샘플의 물리적 특성을 분석하기 위한 방법은 가동(movable) 시스템에 연결된 재료 홀더 시스템으로 상기 필름 샘플을 홀딩하는 단계, 인장 테스트 장치로 상기 필름 샘플의 물리적 특성을 테스트하는 단계, 및 상기 필름 샘플을 홀딩하는 상기 재료 홀더 시스템을 상기 가동 시스템을 사용하여 상기 인장 테스트 시스템으로 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시 내용, 및 구조의 관련 컴포넌트의 기능 및 작동 방법, 및 부품 조합 및 경제의 조합은 첨부 도면을 참조하여 이하의 설명 및 첨부된 청구 범위를 고려하면 더욱 명백해질 것이고, 이들 모두는 본 명세서의 일부를 형성하며, 동일한 도면 번호는 다양한 도면에서 대응하는 부품을 나타낸다. 그러나, 도면은 단지 예시 및 설명을 위한 것이며 본 발명의 한계를 정의하려는 것이 아님을 명백히 이해해야 한다.
도 1은 본 개시의 실시예에 따른 시스템의 개략도를 도시한다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 로봇 시스템의 3 차원 사시도를 도시한다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 재료 홀더 시스템의 3 차원 사시도를 도시한다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 절단 디바이스의 3 차원 사시도를 도시한다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 절단 디바이스로 절단하기 전후의 필름 조각의 평면도를 도시한다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 절단 디바이스의 컴포넌트의 3 차원 사시도를 도시한다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 절단 디바이스의 컴포넌트의 3 차원 사시도를 도시한다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 절단 디바이스의 컴포넌트의 3 차원 사시도를 도시한다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 절단 디바이스의 컴포넌트의 3 차원 사시도를 도시한다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 재료 이미지 분석기 시스템의 컴포넌트의 3 차원 사시도를 도시한다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 두께 측정 시스템의 컴포넌트의 3 차원 사시도를 도시한다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른 인장 테스트 장치의 정면도이다.
도 13은 본 개시의 일 실시예에 따른 인장 테스트 장치의 컴포넌트의 3 차원 사시도를 도시한다.
도 14는 본 개시의 일 실시예에 따른 인장 테스트 장치의 그리퍼들 사이에 위치된 재료 홀더 시스템의 3 차원 사시도를 도시한다.
도 15a 및 15b는 본 개시의 일 실시예에 따른 인장 테스트 장치의 그리퍼 상에 그리퍼 겉면(face)의 배치의 3 차원 사시도를 도시한다.
도 16은 본 개시의 일 실시예에 따른 인장 테스트 장치의 컴포넌트의 3 차원 사시도를 도시한다.
도 17은 본 개시의 일 실시예에 따른 인장 테스트 장치의 컴포넌트의 3 차원 사시도를 도시한다.
도 18은 본 개시의 일 실시예에 따른 인장 테스트 시스템의 3 차원 사시도를 도시한다.
도 1은 본 개시의 실시예에 따른 시스템의 개략도를 도시한다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 로봇 시스템의 3 차원 사시도를 도시한다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 재료 홀더 시스템의 3 차원 사시도를 도시한다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 절단 디바이스의 3 차원 사시도를 도시한다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 절단 디바이스로 절단하기 전후의 필름 조각의 평면도를 도시한다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 절단 디바이스의 컴포넌트의 3 차원 사시도를 도시한다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 절단 디바이스의 컴포넌트의 3 차원 사시도를 도시한다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 절단 디바이스의 컴포넌트의 3 차원 사시도를 도시한다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 절단 디바이스의 컴포넌트의 3 차원 사시도를 도시한다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 재료 이미지 분석기 시스템의 컴포넌트의 3 차원 사시도를 도시한다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 두께 측정 시스템의 컴포넌트의 3 차원 사시도를 도시한다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른 인장 테스트 장치의 정면도이다.
도 13은 본 개시의 일 실시예에 따른 인장 테스트 장치의 컴포넌트의 3 차원 사시도를 도시한다.
도 14는 본 개시의 일 실시예에 따른 인장 테스트 장치의 그리퍼들 사이에 위치된 재료 홀더 시스템의 3 차원 사시도를 도시한다.
도 15a 및 15b는 본 개시의 일 실시예에 따른 인장 테스트 장치의 그리퍼 상에 그리퍼 겉면(face)의 배치의 3 차원 사시도를 도시한다.
도 16은 본 개시의 일 실시예에 따른 인장 테스트 장치의 컴포넌트의 3 차원 사시도를 도시한다.
도 17은 본 개시의 일 실시예에 따른 인장 테스트 장치의 컴포넌트의 3 차원 사시도를 도시한다.
도 18은 본 개시의 일 실시예에 따른 인장 테스트 시스템의 3 차원 사시도를 도시한다.
본 개시의 실시예들에 따르면, 박막과 같은 재료의 필름 인장 테스트하는 프로세스가 자동화될 수 있다. 자동화된 인장 테스트 시스템은 다양한 산업 분야에서 필름의 높은 스루풋 (HTP : high throughput) 테스트를 제공할 수 있다. 테스트 속도가 높을수록 많은 양의 데이터를 비교적 빠르게 수집하고 추세를 분석할 수 있어 관심 분야에 대해 보다 상세한 연구를 수행할 수 있다. 본 개시의 실시예는 연속 (또는 거의 연속) 동작을 제공하여, 시스템이 효과적으로 논스톱으로 실행되고 수행되는 테스트의 양을 증가시킨다. 시스템은 또한 수동 테스트 시스템에 비해 단일 테스트 속도의 증가를 허용한다. 본 개시의 실시예들에 따르면, 이것은 인간 연구자 또는 오퍼레이터(operator)를 대신하기 위해 로봇 공학을 사용하여 달성된다. 본 개시의 실시예들에 따르면, 정확도를 희생시키지 않고 시스템의 스루풋을 증가시키기 위해 사용될 수 있는 제 2 특징은 다수의 테스트를 병렬로 수행하는 것이다. 제 3 특징은 시스템이 인간 기반 테스트 시스템에 비해 반복 가능하고 균일하다는 것이다. 전술한 특징 중 하나 이상을 사용함으로써, 본 개시의 실시 양태는 테스트된 필름 샘플의 수를 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 실시예에 따르면, 6" x 6"(152mm x 152mm) 필름 샘플은 2 분마다 테스트될 수 있다. 필름의 인장 테스트 및 후속 인장 특성 분석은 ASTM D882와 관련하여 인장 강도 및 최종 인장 강도 데이터를 제공한다.
본 개시의 실시예에 따르면, 박막용 인장 테스트 시스템은 취입 필름 제조 라인과 통합되거나 기존 취입 필름 랩에 통합될 수 있다. 본 개시의 실시예에 따른 인장 테스트 시스템은 테스트가 자동으로 비교적 빠르게 수행될 수 있게 하여, 필름 랩이 테스트의 백로그(backlog)를 제거할 수 있게 한다. 이하의 개시가 박막의 인장 테스트를 설명하지만, 본 개시의 시스템은 중합체, 플라스틱, 고무, 취입 주형된(blow-molded) 필름, 폴리에틸렌계 필름 및 비중합체 재료를 포함하는 많은 유형의 재료의 특성을 결정하는데 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 인장 테스트 시스템(10)의 개략도를 도시한다. 본 개시의 일 실시예에서, 인장 테스트 시스템(10)은 로봇 시스템(12), 재료 홀더 시스템(14), 절단 디바이스(16), 재료 이미지 분석기 시스템(18), 재료 두께 측정 시스템(20), 및 인장 테스트 장치(22)를 포함한다. 로봇 시스템(12), 재료 홀더 시스템(14), 절단 디바이스(16), 재료 이미지 분석기 시스템(18), 재료 두께 측정 시스템(20) 및/또는 인장 테스트 장치(22)는 작업 표면(24) 또는 공통 프레임워크 상에 제공될 수 있다. 로봇 시스템(12), 재료 홀더 시스템(14), 절단 디바이스(16), 재료 이미지 분석기 시스템(18), 재료 두께 측정 시스템(20) 및/또는 인장 테스트 장치(22)는 컴퓨터 시스템(26)을 사용하여 제어될 수 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 로봇 시스템(12)의 3 차원 사시도를 도시한다. 일 실시예에서, 로봇 시스템(12)은 Epson Corporation에 의해 제조된 Epson C4 로봇과 같은 6 축 로봇 암(arm) 시스템이다. 로봇 시스템(12)은 작업 표면(24) 또는 공통 프레임 워크 상에 제공된 스테이션들 사이에서 테스트될 필름 샘플을 이동시키도록 구성된다. 6 축 로봇 암 시스템(12)이 설명되었지만, 로봇 시스템(12)은 재료 홀더 시스템(14)에 연결될 수 있고, 작업 표면(24) 주위의 다수의 평면에서 필름을 이동시킬 수 있는 임의의 시스템일 수 있다. 로봇 시스템(12)는 임의의 관절 암 로봇일 수 있다.
도 3은 본 개시의 실시예에 따른 재료 홀더 시스템(14)의 3 차원 사시도를 도시한다. 재료 홀더 시스템(14)은 테스트되는 필름 샘플을 홀딩 및 이동시키도록 구성된다. 재료 홀더 시스템(14)은 어댑터 플레이트(adapter plate)로 로봇 시스템(12)에 부착될 수 있다. 어댑터 플레이트는 로봇 시스템(12)상의 어댑터 플레이트에 부착될 수 있다. 부착될 때, 어댑터 플레이트는 로봇 시스템(12)의 관절 암으로부터 재료 홀더 시스템(14)으로 회전, 종 방향 및 각 운동을 전달할 수 있다. 일 실시예에서, 재료 홀더 시스템은 진공 흡착을 통해 필름 샘플 (이하에서 보다 상세하게 설명될 3 개의 절단된 필름 시편(30)으로 도 3에 도시된)을 홀딩하도록 구성된 진공 흡착 시스템(28)을 포함한다. 일 실시예에서, 진공 흡착 시스템(28)은 진공 컵(38)의 3 개의 세트(32, 34, 36)를 포함한다. 각각의 세트는 2 개의 진공 컵(38)을 포함할 수 있다. 이는 재료 홀더 시스템(14)이 치수 6" x 6”(152mm x 152mm)의 필름 샘플 또는 1” x 6”(25mm x 152mm) 크기의 3 개의 필름 시편(30) (예를 들어, 필름 샘플로부터 절단된)의 필름 샘플을 취급할 수 있게 한다. 당업자는 6" x 6"(152mm x 152mm) 필름 샘플이 재료 홀더 시스템(14)에 의해 취급될 때, 모든 6 개의 진공 컵(38)이 필름 샘플을 홀딩 및 이동시키기 위해 사용될 수 있음을 인식할 것이다. 크기 1" x 6"(25mm x 152mm)의 3 개의 필름 시편이 재료 홀더 시스템(14)에 의해 취급될 때, 진공 컵(38)의 각각의 세트(32, 34 및 36)는 개별 시편을 홀딩 및 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 세트(32)를 구성하는 2 개의 진공 컵(38)은 크기 1" x 6" (25mm x 152mm)의 단일 필름 시편(30) 및 각각의 세트(34 및 36)에 대해 마찬가지로 홀딩 및 이동시킬 수 있다. 재료 홀더 시스템(14)은 3 개의 시편을 동시에 홀딩 및 이동시킬 수 있다. 6 개의 진공 컵(38)이 설명되고 도시되어 있지만, 테스트 프로세스를 통해 필름을 홀딩 및 이동시키기 위해 임의의 수의 진공 컵이 사용될 수 있다. 예를 들어, 12 개의 진공 컵(38)은 크기 1" x 6"(25mm x 152mm)의 6 개의 필름 시편이 재료 홀더 시스템(14)에 의해 취급되도록 사용될 수 있다. 당업자는 본 개시에 따른 인장 테스트 시스템(10)이 비 정사각형 및 비 직사각형 형상을 포함하여 6" x 6"(152mm x 152mm) 이외의 크기를 갖는 필름 샘플을 테스트하도록 구성될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 추가적으로, 당업자는 본 개시에 따른 인장 테스트 시스템(10)이 1" x 6"(25 mm x 152 mm) 이외의 크기 및 다른 형상 및 수량을 갖는 필름 시편을 절단 및 테스트하도록 구성될 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 인장 테스트 시스템(10)은 필름 샘플의 임의의 특정 크기 또는 형상, 또는 필름 샘플로부터 절단된 시편의 크기, 형상 및 수량에 제한되지 않는다.
본 출원에서 진공 컵이 필름을 홀딩하기 위해 사용되는 것으로 설명되었지만, 재료의 유형에 따라 다른 메커니즘이 필름을 홀딩하기 위해 사용될 수도 있다. 진공 컵은 다양한 플라스틱 및 중합체 재료와 같은 비 다공성 및 비교적 가벼운 필름을 홀딩하는데 적합할 수 있다. 자석, 클립 또는 그리퍼(gripper)와 같은 다른 홀딩 메커니즘이 다공성 재료와 함께 사용하기에 적합할 수 있다.
여전히 도 3을 참조하여, 재료 홀더 시스템(14)은 전체적으로 U 자형 프레임을 포함할 수 있다. U 자형 프레임은 2 개의 레그(14a, 14b) 및 베이스(14c)를 포함할 수 있다. 레그(14a, 14b)는 진공 컵(38)을 포함할 수 있고, 베이스(14c)는 로봇 시스템(12)에 연결하기 위한 어댑터 플레이트를 포함할 수 있다. 전체적으로 U 자형 프레임은 진공 컵 (38)이 필름 시편 (30)의 각각의 대향 단부 (30a, 30b) 상에 배치되는 동시에 진공 컵 (38) 사이의 필름 시편에 대한 액세스를 허용한다. 전체적으로 U 자형 프레임이 도시되어 있지만, 프레임은 대향 단부에서 필름 시편(30)을 지지할 수 있는 임의의 형상을 취할 수 있다. 이러한 대안적인 형상은 일반적으로 v-형상 프레임, 정사각형 프레임, c-형상 프레임 등일 수 있다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 절단 디바이스(16)의 3 차원 사시도를 도시한다. 설명의 명확성을 위해, 용어 "필름 샘플(film sample)"은 필름 재료가 절단 디바이스(16)로 절단되기 전에 인장 테스트 시스템(10)에서 테스트되는 필름 재료를 지칭하고, 용어 "필름 시편(film specimen)"은 절단 디바이스(16)에 의해 더 작은 크기로 절단된 "필름 샘플"을 지칭한다. 절단 디바이스(16)는 도 5에 도시된 바와 같이, 6" x 6"(152mm x 152mm) 정사각형 필름 샘플(52)을 각각 1" x 6"(25mm x 152 mm) 크기의 6 개의 필름 시편(54)으로 절단하도록 디자인된다. 절단 디바이스(16)는 선형 모터와 같은 선형 액추에이터(40)를 포함할 수 있다. 선형 액추에이터(40)는 필름 샘플에서 5 개의 슬릿을 생성하기 위해 5 개의 블레이드(56) (도 6)를 구동시킬 수 있다. 모든 5 개의 블레이드(56)는 모두 필름 샘플을 6 개의 필름 시편으로 절단하기 위해 함께 작동될 수 있다. 처음 샘플 크기는 6" x 6"(152mm x 152mm)이고, 절단된 시편 크기는 1" x 6"(25mm x 152mm)이지만, 다른 치수도 가능하다.
다시 도 4를 참조하여, 절단 디바이스(16)는 공동(cavity)(44)을 정의하는 필름 지지 플레이트(42)를 포함할 수 있다. 공동(44)은 6" x 6"(152mm x 152mm) 필름 샘플(52)을 수용할 수 있다. 절단 디바이스(16)는 또한 장착 플레이트(48)에 장착된 공압 실린더(46)를 포함할 수 있다. 공압 실린더(46)는 압력 플레이트(50)에 상하 운동을 제공하도록 작동될 수 있다. 작동시, 재료 홀더 시스템(14)은 6" x 6"(152mm x 152mm) 필름 샘플(52)을 필름 지지 플레이트(42)과 압력 플레이트(50) 사이의 공동(44)에 배치하고, 압력 플레이트(50)는 필름 샘플(52)을 절단 동안 한 위치에 유지하도록 하강된다. 도 4 및 도 6을 참조하여, 선형 액추에이터(40)는 블레이드(56)를 이동시켜 필름 샘플(52)을 6 개의 필름 시편(54)으로 절단한다.
도 7에서 알 수 있는 바와 같이, 블레이드(56)는 세트 바(set bar)(58) 및 나사(60)에 의해 고정된다. 볼트 (62)는 각각의 블레이드 (56)의 하단 부분에서 개구 (도시되지 않음)를 통해 이어진다. 블레이드를 제거하기 위해 (예를 들어, 수리, 청소 또는 교체를 위해), 볼트(62)가 제거된 후, 블레이드(56)는 그들 개별 슬롯으로부터 위로 그리고 밖으로 당겨질 수 있다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 절단 디바이스(16)의 필름 지지 플레이트(42) 및 압력 플레이트(50)의 3 차원 사시도를 도시한다. 홈(64)은 필름 지지 플레이트(42) 내로 밀링되고 텅(tongue)(66)은 압력 플레이트(50) 내로 패턴화된다. 텅(66)은 절단하는 동안 필름 샘플을 제 위치에 홀딩하기 위해 압력 플레이트(50)가 필름 지지 플레이트(42)에 맞닿는 대응하는 홈(64)과 정합한다. 도 8에서 알 수 있는 바와 같이, 블레이드(56)는 텅 및 홈 패턴에 수직으로 절단될 수 있다. 대안적인 실시예에 따르면, 홈(64)은 압력 플레이트(50) 상에 위치될 수 있고, 텅(66)은 필름 지지 플레이트(42) 상에 위치될 수 있다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 절단 디바이스(16)의 필름 지지 플레이트(42)의 3 차원 사시도를 도시한다. 필름 지지 플레이트(42)는 6 개의 세트로 분할된 12 개의 진공 컵(68)을 포함할 수 있다. 절단 후, 진공 컵(68)은 압력 플레이트(50)가 상승하기 시작하면서 6 개의 필름 시편을 제자리에 홀딩한다. 압력 플레이트(50)가 공압 실린더(46)에 의해 위로 이동되는 동안 필름 시편은 제자리에 머무른다. 대안적인 절단 디바이스가 사용될 수 있다. 예를 들어, 절단 디바이스는 절단 휠, 레이저 커터, 다이 커터 또는 롤링 드럼 다이일 수 있다.
절단 후, 필름 시편은 로봇 시스템(12) 및 재료 홀더 시스템(14)에 의해 재료 이미지 분석기 시스템(18)으로 이동될 수 있다. 프로세스는 절단 후 재료 이미지 분석으로 설명되지만, 예를 들어, 작업 표면(24)상의 컴포넌트의 근접성에 기초하여 시스템의 효율을 증진시키기 위해 순서가 변경될 수 있음을 인식할 것이다. 따라서, 필름은 절단 후에 재료 두께 측정 시스템(20)으로 이동될 수 있거나, 대안적으로, 필름은 절단 디바이스(16)로 절단하기 전에 재료 이미지 분석기 시스템(18) 및 재료 두께 측정 시스템(20) 중 하나 또는 둘 모두로 이동될 수 있다.
재료 홀더 시스템(14)은 한 번에 3 개의 필름 시편을 절단 디바이스(16)로부터 이동시키기 위해 진공 컵(38)으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 재료 홀더 시스템(14)은 모든 다른 필름 시편, 즉 제 1, 제 3 및 제 5 필름 시편을 들어 올려서 후속 스테이션 (예를 들어, 인장 테스트 장치(22))으로 이동시킬 수 있다. 대안적으로, 재료 홀더 시스템(14)은 추가 진공 컵(38)으로 구성될 수 있어서 재료 홀더 시스템(14)은 6 개의 필름 시편을 동시에 들어 올려서 후속 스테이션 (예를 들어, 인장 테스트 장치(22))으로 이동시킬 수 있다.
로봇 시스템(12) 및 재료 홀더 시스템(14)은 도 10에 도시된 바와 같이 필름 샘플 또는 필름 시편을 재료 이미지 분석기 시스템(18)으로 이송할 수 있다. 재료 이미지 분석기 시스템(18)은 필름 샘플 또는 절단된 필름 시편(30)에 불규칙성 및 잠재적 결함이 있는지를 검사할 수 있다. 재료 이미지 분석기 시스템(18)은 결과, 필름이 재료 홀더 시스템(14)에서 정사각형으로 (즉, 적절하게 배향됨) 홀딩되는지 및/또는 필름의 에지 (예를 들어, 필름의 에지가 들쭉날쭉 한 경우)에 영향을 미칠 결함을 함유하지 않는 필름 영역을 검출할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 재료 이미지 분석기 시스템(18)은 필름 샘플 또는 각각의 절단된 필름 시편(30)의 폭을 검출할 수 있다.
재료 이미지 분석기(18)는 편광의 광원(19)을 수용하는 프레임(13), 편광 필름(21), 카메라(15), 및 카메라(15)의 렌즈 상에 배치된 편광 필터(17)를 포함할 수 있다. 편광 필름(21)을 통해 주변 광을 제거하면서, 재료 이미지 분석기 시스템(18) 내에서 필름 시편(30) (또는 필름 샘플)을 조명하는데 편광된 광의 광원(19)이 사용된다. 광은 필름 시편(30) (또는 필름 샘플)을 통과한 후에, 편광 필터(17)가 장착된 카메라(15)로 캡쳐된다. 완벽하게 형성된 필름 조각은 광원(19)으로부터 편광된 광을 산란시키지 않아서 완전히 선명한 이미지를 생성한다. 그러나, 필름의 임의의 불완전 또는 결함은 카메라(15)에 의해 검출된 광을 산란시킨다. 머신 비전 알고리즘(machine vision algorithm)은 그런 다음 중대한 결함이 있는 필름을 식별하고 태깅한다. 따라서, 재료 이미지 분석기 시스템(18)은 필름을 통과하는 편광된 광이 특정한 물리적 결함에 의해 영향을 받을 때 야기되는 불규칙성을 검출하는 것에 기초한다. 재료 이미지 분석기 시스템(18)은 광의 편광에 의존하기 때문에, 테스트될 재료가 변경될 때, 편광도 변경될 수 있으며, 이는 결함이 존재하지 않는 곳에 존재하는 결함을 잠재적으로 나타낼 수 있다. 그러나, 분석 측면의 일부로서, 결함 또는 불규칙성 분석은 데이터 해석으로 시프트될 수 있고, 재료 시편의 결과 범위를 보고 평균으로부터의 표준 편차 및 거리에 기초하여 이상치(outlier)를 식별함으로써 수행될 수 있다. 따라서, 결함을 결정하는 본 방법은 재료와 독립적으로 작동할 수 있고, 보다 보편적인 응용을 제공할 수 있다. 결함의 유형, 예를 들어 광학 제어 시스템을 정량화하고 식별하는 겔 테스터(gel tester)와 같은 대안적인 이미지 분석기가 사용될 수 있다.
재료 이미지 분석기 시스템(18)은 또한 필름 샘플 또는 필름 시편(30)의 폭을 검출할 수 있다. 로봇 시스템(12)은 재료 홀더 시스템(14)과 필름 시편(30)을 편광 필름(21)과 카메라(15) 사이에서 이동시킬 수 있다. 필름 샘플 또는 필름 시편(30)은 편광 필름(21)과 편광 필터(17) 사이에서 이미지화될 수 있다. 필름 샘플 또는 필름 시편(30)은 특정 배향으로 광을 편광시키는 입자 구조를 가질 수 있다. 생성된 이미지는 필름의 과립 구조(granular structure)의 직접적인 표현일 수 있다. 그런 다음에 이미지는 흑백으로 이진화될 수 있으며, 그 결과 필름 샘플 또는 필름 시편(30)이 솔리드 화이트(solid white)로 나타난다. 필름 샘플 또는 필름 시편(30)의 좌우 에지는 필름 샘플 또는 필름 시편(30)의 길이를 따라 3 개의 개별 위치에서 검출될 수 있다. 에지 검출은 예를 들어, 3 세트의 Epson 비전 에지 오브젝트(vision edge object)로 수행될 수 있다. 비전 에지 오브젝트는 이미지가 블랙에서 화이트로 전이되는 각각의 좌측 및 우측에서 길이를 따라 3 개의 위치 각각에서 픽셀을 위치시킬 수 있다. 3 개의 위치 각각에서 개별 좌측과 우측 사이의 픽셀의 수가 계산될 수 있다. 이는 필름 샘플 또는 각 필름 시편(30)의 길이를 따라 3 개의 위치 각각에서 폭 결정을 초래할 수 있다. 3 개의 폭 결정 또는 거리는 평균되고 인치당 픽셀에서 인치로 변환될 수 있다. 이는 필름 샘플 또는 각각의 필름 시편(30)에 대한 폭 결정을 초래할 수 있다.
카메라(15)는 편광 필터(17)가 부착된 25mm(1”) 렌즈를 갖는 고해상도 카메라일 수 있다. 25mm 렌즈는 렌즈 표면으로부터 대략 20 인치(508mm)의 초점 거리를 제공할 수 있다. 광원(19)은 4 인치(100mm) 정사각형 광일 수 있다. 편광 필름(21)은 광원(19) 아래로 약 1 인치(25mm)에 장착될 수 있다. 카메라(15)상의 편광 필름(21) 및 편광 필터(17)는 서로에 대해 90도 회전될 수 있다. 90도 관계는 카메라(15)의 편광 필터(17)와 편광 필름(21) 사이에 물체 (예를 들어, 필름 샘플이 없거나 필름 시편(30)이 없는)가 없으면 광원(19)을 떠나는 광이 카메라(15)에 도달하는 것을 방지할 수 있다.
도 11을 참조하면, 로봇 시스템(12) 및 재료 홀더 시스템(14)은 필름 시편을 재료 두께 측정 시스템(20)으로 이송할 수 있다. 예를 들어, 이것은 재료 이미지 분석기 시스템(18)에 의한 분석 후에 발생할 수 있다. 대안적으로, 이는 프로세스의 다른 단계에서 발생할 수 있다. 도 11은 본 개시의 실시예에 따른 재료 두께 측정 시스템(20)의 컴포넌트의 3 차원 사시도를 도시한다. 재료 두께 측정 시스템(20)은 광범위한 두께, 예를 들어 0.5 밀(mil) 내지 10 밀 (0.0127 mm 내지 0.254 mm)의 필름 시편의 두께를 측정하도록 구성된다. 재료 두께 측정 시스템(20)은 컨택 표면(70a, 70b)을 사용하여 특정 표면적에 걸친 필름 시편의 두께를 측정하도록 구성된다. 두께 측정 시스템(18)은 컨택 플레이트 및 프로브를 사용하여 필름의 두께를 측정하도록 구성된다. 컨택 플레이트 및 프로브는 전체적으로 편평하고 대향 표면(70a 및 70b)상의 필름과 개별적으로 컨택하고, 필름의 두께는 컨택 플레이트와 프로브 사이의 거리로서 측정된다. 컨택 플레이트의 표면(70a) 및 프로브의 표면(70b)은 측정 동안 필름 샘플의 천공을 피하기에 충분하다. 예를 들어, 컨택 표면(70a, 70b)은 가요적이고 유연한 재료에 사용되도록 구성될 수 있다. 컨택 표면(70a, 70b)은 또한 보다 강성의 샘플의 두께를 측정하도록 구성될 수 있다. 도 11에서 알 수 있는 바와 같이, 재료 두께 측정 시스템(20)은 3 개의 필름 시편 각각에 대응하는 영역에서의 두께를 측정하기 위해 3 개의 상부 컨택 표면(70a) 및 3 개의 하부 컨택 표면(70b) 및 3 개의 센서(72)를 포함할 수 있다. 컨택 표면(70a, 70b) 사이에 1" x 6"(25mm x 152mm) 필름 시편이 삽입되고, 두께는 각 샘플의 한 지점에서 측정된다. 재료 두께 측정 시스템(20)은 ASTM D882에 의해 규정된 위치에서 필름 시편의 두께를 측정할 수 있다. 대안적으로, 재료 두께 측정 시스템(20)은 6 개의 필름 시편의 두께 테스트를 동시에 또는 실질적으로 동시에 수용하기 위해 6 개의 각각의 컨택 표면(70a, 70b) 및 6 개의 센서(72)를 포함할 수 있다. 필름 측정 시스템은 절단 디바이스에 의한 절단 전에 절단되지 않은 필름 샘플상의 3 개 또는 6 개의 위치를 대안적으로 측정할 수 있다. 이 실시예에서, 측정된 위치는 절단된 후에 절단된 필름 시편상의 위치에 대응할 수 있다.
도시된 실시예에 따르면, 재료 두께 측정 시스템(20)은 또한 디지털 컨택 센서(72) (예를 들어, Keyence Company의 Keyence GT2 시리즈)를 포함한다. 센서(72)는 필름 시편의 두께를 1 마이크론의 정확도로 측정하는데 사용될 수 있다. 컨택 표면(70b)은 샤프트(76)에 의해 센서(72)에 기계적으로 링크된다. 로봇 시스템(12) 및 재료 홀더 시스템(14)은 컨택 표면(70a, 70b) 사이에서 필름 시편을 제 자리에 위치시킨다. 필름 시편이 컨택 표면(70a, 70b) 사이에 위치되면, 컨택 표면(70b)을 위쪽으로 이동시키기 위해 공기압 시스템(74)으로부터의 가압된 공기가 센서(72)에 링크된 샤프트(76)를 연장하여 센서(72)에 인가된다. 필름 시편은 컨택 표면(70a, 70b) 사이에 홀딩될 수 있다. 센서(72)는 연장된 컨택 표면(70b)과 상부 컨택 표면(70a) 사이의 거리를 측정하여 필름 시편의 두께를 측정할 수 있다.
기계식 재료 두께 측정 시스템(20)이 설명되고 사용되지만, 다른 유형의 두께 측정 시스템이 또한 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 다른 실시예에서, 재료 두께 측정 시스템(20)은 레이저 빔을 사용하여 두께를 결정하도록 구성된 레이저 거리 측정 센서를 포함한다. 대안적으로, 공초점(confocal) 렌즈, 듀얼 레이저 두께 분석기 및 정전용량성 측정 방법을 사용하여 필름 시편의 두께를 측정할 수 있다.
도 12를 참조하면, 로봇 시스템(12) 및 재료 홀더 시스템(14)은 필름 시편을 인장 테스트 장치(22)로 이송할 수 있다. 예를 들어, 이것은 재료 두께 측정 시스템(20)에 의한 분석 후에 발생할 수 있다. 대안적으로, 이는 프로세스의 다른 단계에서 발생할 수 있다. 도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른 인장 테스트 장치(22)의 정면도를 도시한다. 인장 테스트 장치(22)는 상부 그리퍼(80) 및 하부 그리퍼(82)를 갖는 프레임(78)을 포함할 수 있다.
도 13은 본 개시의 일 실시예에 따른 인장 테스트 장치(22)의 상단 부분의 3 차원 사시도를 도시한다. 상부 그리퍼(80) 및 하부 그리퍼(82)는 인장 테스트 동안 샘플의 미끄러짐을 방지하기 위해 필름 시편에 힘을 가하도록 선택된다. 예시적인 그리퍼는 Schunk PGN + 100-1-AS 공압 그리퍼일 수 있다. 도 13에 도시된 바와 같이, 인장 테스트 장치는 동시에, 실질적으로 동시에 또는 시간적으로 중첩되는 6 개의 인장 테스트를 수용하도록 세트로 배열된 6 개의 상부 그리퍼(80) 및 6 개의 하부 그리퍼(82)를 포함할 수 있다. 6 개의 인장 테스트는 또한 순차적인 방식으로 수행될 수 있다. 테스트할 필름 시편의 수량에 따라 그리퍼 6 세트 보다 적거나 그 미만도 또한 가능하다.
계속해서 도 13을 참조하여, 인장 테스트 장치(22)는 또한 각각의 그리퍼 세트에 대한 로드 셀(load cell)(84)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 로드 셀(84)은 상부 그리퍼(80)에 장착되지만, 다른 장착 위치가 가능하다. 로드 셀은 Futek 로드 셀일 수 있다. 로드 셀은 빠른 재생률(refresh rate)과 높은 해상도를 갖도록 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 로드 셀은 약 5100Hz의 재생률을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 로드 셀은 약 0.025 lbf의 해상도를 가질 수 있다. 로드 셀(84)은 높은 스루풋 테스트를 달성하기 위해 빠른 재생률로 정확한 결과를 달성할 수 있는 임의의 로드 셀일 수 있다. 로드 셀(84)은 광범위한 필름 및 재료를 취급하기에 충분히 강한 로드 셀일 수 있다. 로드 셀(84)은 다른 로드 셀과 선형성을 나타내는 임의의 로드 셀일 수 있다. 로드 셀은 Instron 브랜드 로드 셀일 수 있다.
다시 도 13 참조하여, 인장 테스트 장치(22)의 프레임(78)은 상부 프레임(86) 및 하부 프레임(88)을 포함할 수 있다. 상부 프레임(86)은 정지되어 있고, 상부 그리퍼(80)를 홀딩할 수 있다. 각각의 상부 그리퍼는 장착 블록(102a), 로드 셀(84) 및 로드 마운트(98) (도 17)에 의해 상부 프레임(86)에 부착될 수 있다. 로드 마운트(98)는 브래킷(104) (도 17)으로 상부 프레임(86)에 부착될 수 있다. 브래킷(104)은 U 자형일 수 있다. 브래킷(104)은 파스너와 같이 당업계에 공지된 방식으로 상부 프레임(86)에 연결될 수 있다. 하부 프레임(88)은 하부 그리퍼(82)를 홀딩할 수 있다. 각각의 하부 그리퍼(82)는 장착 블록(102a, 102b)에 의해 하부 프레임(88)에 부착될 수 있다. 장착 블록(102a 및 102b)은 그리퍼(80 및 82)를 각각 상부 프레임(86) 및 하부 프레임(88)에 각각 연결할 수 있는 임의의 구조일 수 있다. 상부 그리퍼(80) 및 하부 그리퍼(82)는 프레임(78)의 제 1 측면 (즉, 그리퍼(80L 및 82L)의 세트) 상에 3 개의 각각의 상부 그리퍼(80) 및 하부 그리퍼(82)로 배열될 수 있다. 상부 그리퍼(80) 및 하부 그리퍼(82) 3개의 각각의 제 2 세트는 프레임(78)의 제 2 측면 (즉, 그리퍼(80R 및 82R) 세트)에 존재할 수 있다. 각각의 세트(80L/82L 및 80R/82R)는 3 세트의 상부 그리퍼(80) 및 하부 그리퍼(82)를 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 더 많거나 적은 그리퍼 세트가 제공될 수 있는 것으로 이해된다.
인장 테스트 동안, 필름 시편(54)은 상부 그리퍼(80) 및 하부 그리퍼(82)에 파지될 수 있다. 하부 프레임(88)은 하향으로 움직이도록 작동될 수 있는 반면 상부 프레임(86)은 정지된 상태로 있어서 필름 시편(54)을 신장시킬 수 있다. 본 개시에서 이해되는 바와 같이, "하향(downward)"은 상부 그리퍼(80) 및 하부 그리퍼(82)에 대한 방향을 지칭한다. 인장 테스트 장치(22)는 중력에 대한 배향으로 작동될 수 있다. 하부 프레임(88)은 하부 프레임(88)을 미리 결정된 속도로 이동시킬 수 있는 선형 액추에이터, 모터, 또는 다른 디바이스와 함께 움직이도록 작동될 수 있다. 하부 프레임(88)은 일정한 속도 또는 대안적으로 가변 속도로 이동될 수 있다. 테스트가 완료되면, 하부 프레임(88)은 시작 위치로 복귀하도록 작동될 수 있다(예를 들어, 선형 액추에이터에 의해). 인장 테스트 장치(22)가 상부 프레임(86)이 정지된 상태로 유지되고 하부 프레임(88)이 움직이는 상태로 설명되지만, 대안적인 실시예에 따르면, 상부 프레임(86)은 이동 가능한 반면 하부 프레임(88)은 정지 상태를 정지상태로 있을 수 있다. 대안적으로, 상부 프레임(86)과 하부 프레임(88)은 필름 시편(54)을 신장시키기 위해 반대 방향으로 상부 프레임(86)과 하부 프레임(88) 모두에 부착된 액추에이터 (예를 들어, 선형 액추에이터)를 사용함으로써 이동 가능할 수 있다.
도 14는 본 개시의 일 실시예에 따른, 상부 그리퍼(80) 및 하부 그리퍼(82)의 3 차원 사시도를 도시한다. 도 14에서, 재료 홀더 시스템(14)은 상부 그리퍼(80)와 하부 그리퍼(82) 개별 세트 사이에 3 개의 필름 시편(54)을 배치하는 것을 볼 수 있다. 도시된 바와 같이, 필름 시편은 재료 홀더 시스템(14)에 의해 홀딩된다. 재료 홀더 시스템(14)은 로봇 시스템(12)에 의해 도 14에 도시된 위치로 이동될 수 있다. 필름 시편(54a, 54b, 54c)은 각각의 한 쌍의 상부 그리퍼(80a, 80b, 80c) 및 하부 그리퍼(82a, 82b, 82c)와 정렬될 수 있다. 즉, 제 1 필름 시편(54a)은 제 1 상부 그리퍼(80a)와 제 1 하부 그리퍼(82a) 사이에 위치된다. 제 2 필름 시편(54b)은 제 2 상부 그리퍼(80b)와 제 2 하부 그리퍼(82b) 사이에 위치된다. 제 3 필름 시편(54c)은 제 3 상부 그리퍼(80c)와 제 3 하부 그리퍼(82c) 사이에 위치된다. 그리퍼는 라인 그립(line grip)(90, 92) (도 15a, 15b)으로 샘플을 제자리에 홀딩하기 위해 공압식 오퍼레이터에 의해 작동될 수 있다. 시편의 배치 후, 재료 홀더 시스템(14)상의 진공 컵(38)은 필름 시편으로부터 해제될 수 있고 재료 홀더 시스템(14)은 그리퍼로부터 퇴피될 수 있고, 테스트가 진행될 수 있다. 3 개의 필름 시편이 재료 홀더 시스템(14) 및 그리퍼(80, 82)에 의해 홀딩되는 것으로 도시되어 있지만, 더 많거나 적은 필름 시편 및 상부 그리퍼(80) 및 하부 그리퍼(82)가 사용될 수 있는 것으로 이해된다.
대안적인 작동 순서에 따라, 재료 홀더 시스템(14)은 제 1 필름 시편(54a)을 제 1 세트의 상부 및 하부 그리퍼(80a, 82a)와 정렬시킨다. 공압식 오퍼레이터는 그리퍼(80a, 82a)를 작동시켜 닫는다. 재료 홀더 시스템(14)상의 진공 컵(38)은 파지된 시편(54a)으로부터만 방출된다. 재료 홀더 시스템(14)은 그런다음 제 2 필름 시편(54b)을 제 2 세트의 상부 및 하부 그리퍼(80b, 82b)와 정렬시키도록 이동될 수 있다. 공압식 오퍼레이터는 제 2 그리퍼 세트(80b, 82b)를 작동시켜 닫는다. 재료 홀더 시스템상의 진공 컵(38)은 제 2 파지된 시편(54b)으로부터만 방출된다. 재료 홀더 시스템(14)은 제 3 시편(54c)을 제 3 세트의 상부 및 하부 그리퍼(80c, 82c)와 정렬시키도록 이동될 수 있다. 공압식 오퍼레이터는 제 3 세트의 그리퍼(80c, 82c)를 작동시켜 닫는다. 진공 컵(38)은 제 3 파지된 시편(54c)으로부터만 방출된다. 재료 홀더 시스템(14)은 그리퍼로부터 퇴피되어 테스트가 진행될 수 있다. 따라서, 이 실시예에 따르면, 3 개의 필름 시편이 인장 테스트 장치(22)에 순차적으로 배치된다.
재료 홀더 시스템(14)은 3개의 세트의 상부 그리퍼(80a, 80b, 80c) 및 하부 그리퍼(82a, 82b, 82c)에 3 개의 필름 시편(54a, 54b, 54c)을 배치하는 것으로 도시되어 있지만; 재료 홀더 시스템(14)은 대안적으로 6 개의 필름 시편(54) (필름 샘플(52)로부터 절단, 도 5 참조)을 동시에 홀딩할 수 있다. 즉, 재료 홀더 시스템(14)은 6 개의 필름 시편(54)을 보유할 수 있는 6 개의 진공 컵(38) (도 3)을 포함할 수 있다. 이 실시예에 따르면, 재료 홀더 시스템(14)은 3 개의 필름 시편(54)을 3 개의 세트의 그리퍼 (예를 들어, 도 13에서 80L, 82L)로 전달할 수 있다. 제 3 필름 시편(54)의 배치 후에, 전술한 방식 중 하나에서, 재료 홀더 시스템(14)은 앞에서 설명한 방식대로 나머지 3개의 필름 시편(54)을 3개의 세트의 그리퍼 (예를 들어, 도 13의 80R, 82R)로 전달할 수 있다. 이러한 방식으로, 재료 홀더 시스템(14)이 나머지 3 개의 필름 시편을 인장 테스트 장치(22)로 전달하는 동안, 처음 3 개의 필름 시편에 대한 테스트가 진행될 수 있다. 대안적으로, 6 개의 필름 시편이 모두 동시에 테스트될 수 있다. 대안적으로, 6 개 이하의 필름 시편이 전술한 방식으로 배치되고 테스트될 수 있다.
도 15a 및 15b는 상부 그리퍼(80) 및 하부 그리퍼(82)의 3 차원 사시도를 도시한다. 각각의 상부 그리퍼(80)는 라인 그립(90, 92)을 포함할 수 있다. 각각의 하부 그리퍼(82)는 라인 그립(90, 92)을 유사하게 포함할 수 있다. 라인 그립(90, 92)은 테스트하는 동안 샘플을 제자리에 홀딩할 수 있다. 라인 그립(90, 92)과 조합된 상부 및 하부 그리퍼(80, 82)는 테스트 동안 필름 시편에 적절한 힘이 인가되도록 한다. 너무 적은 힘은 필름 시편의 미끄러짐을 유발할 수 있으며, 너무 많은 힘은 필름 시편의 조기 파단 또는 꼬임(pinching)을 유발할 수 있다.
도 15a 및 15b에 도시된 바와 같이, 라인 그립(90, 92)의 겉면(face)의 배향은 테스트 동안 필름 시편을 홀딩하는 그리퍼(80, 82)의 능력에 영향을 미치지 않는다. 라인 그립(90)은 실질적으로 평면인 겉면을 갖는 것으로 도시된다. 라인 그립(92)은 실질적으로 만곡된 겉면을 갖는 것으로 도시된다. 라인 그립(90, 92)은 평면 겉면을 갖는 두 라인 그립(90)이 상부 그리퍼(80) 및 하부 그리퍼(82)의 동일한 측면에 위치되도록 (도 15a에 도시된 바와 같이) 상부 그리퍼(80) 및 하부 그리퍼(82) 상에 배치될 수 있다. 유사하게, 만곡된 겉면을 갖는 두 개의 라인 그립(92)은 상부 그리퍼(80) 및 하부 그리퍼(82) 둘 모두에서 라인 그립(90)의 대향 측면 상에 위치될 수 있다. 대안적으로, 상부 그리퍼(80)는 하부 그리퍼(82) 상에 만곡된 겉면을 갖는 라인 그립(92)과 동일한 측면상에 평면 겉면을 갖는 라인 그립(90)을 가질 수 있다 (도 15b에 도시된 바와 같이). 대안적으로, 상부 그리퍼(80) 및 하부 그리퍼(82)는 예를 들어 평평한 겉면의 그립, 고무 코팅된 그립, 텍스쳐화된(texturized) 그립 등과 같은 재료 샘플을 홀딩하기에 적합한 다른 유형의 그립일 수 있다.
인장 테스트 시스템(10)은 다수의 필름 시편을 병렬로 또는 실질적으로 병렬로 테스트할 수 있다. 예를 들어, 사용시, 재료 홀더 시스템(14)은 3 개의 필름 시편(54)을 도 13의 제 1 측면에 위치한 3 개의 세트의 상부 및 하부 그리퍼(80L, 82L)에 배치할 수 있다. 컴퓨터 시스템(26)은 그런 다음 처음 3 개의 필름 시편(54)에 대해 인장 테스트를 시작할 수 있다. 인장 테스트가 그리퍼(80L, 82L) 세트의 필름 시편으로 진행되는 동안, 재료 홀더 시스템(14)은 절단 디바이스(16)로 복귀할 수 있고, 필름 시편(54)을 3 개 더 회수하여서, 도 13의 제 2 측면에 있는 3개의 세트의 상부 및 하부 그리퍼(80R, 82R)에 배치한다. 재료 홀더 시스템(14)은 도 13의 제 2 측면상의 그리퍼(80R, 82R) 세트로 전달하기 전에 재료 이미지 분석기 시스템(18) 및/또는 재료 두께 측정 시스템(20)을 통해 제 2 세트의 필름 시편(54)을 이동시킬 수 있다. 그리퍼(80R, 82R)에서의 필름 시편의 테스트가 시작될 수 있다. 테스트 절차 동안, 재료 홀더 시스템(14)은 도 13의 제 1 측면상의 그리퍼(80L, 82L)로부터 테스트된 필름 시편을 제거할 수 있고, 도 12의 우측상의 그리퍼(80R, 82R)에 위치된 필름 시편으로 배치하고, 인장 테스트 장치(22)로 복귀하고, 폐기 프로세스를 반복한다.
대안적인 실시예에 따르면, 재료 홀더 시스템(14)은 6 개의 필름 시편 모두를 동시에 인장 테스트 장치(22)에 전달할 수 있다. 즉, 재료 홀더 시스템(14)은 도 13의 제 1 측면상의 상부 및 하부 그리퍼(80L, 82L) 세트 내에 처음 3개의 필름 시편을 배치할 수 있다. 나머지 3 개의 필름 시편을 여전히 홀딩하면서, 재료 홀더 시스템(14)은 제 2 세트의 상부 및 하부 그리퍼(80R, 82R)로 이동하여 필름 시편을 개별 그리퍼 세트에 배치할 수 있다. 재료 홀더 시스템(14)이 그리퍼(80R, 82R)로부터 충분히 퇴피된 후, 테스트는 6 개의 필름 시편 모두에서 시작될 수 있다.
도 16은 본 개시의 일 실시예에 따른 하부 그리퍼(82)의 3 차원 사시도를 도시한다. 각각의 하부 그리퍼(82)는 진공 컵(94)을 포함할 수 있다. 진공 컵(94)은 브래킷(112)으로 하부 그리퍼(82)에 부착될 수 있다. 진공 컵(94)은 필름 시편(54)이 하부 그리퍼(82)에 위치될 때 필름 시편(54)과 정렬되도록 위치될 수 있다. 예를 들어, 진공 컵(94)은 하부 그리퍼(82)의 바닥 표면을 따라 라인 그립(90, 92) 아래에 위치될 수 있다. 진공은 진공 컵(94)의 후방에 부착된 소스에 의해 공급될 수 있다. 진공 컵(94)은 인장 테스트가 완료된 후 그리고 하부 그리퍼(82)가 개방되기 전에 작동될 수 있다. 따라서, 진공 컵(94)은 테스트가 완료되고 필름 시편(54)이 파단되거나 변형된 후에 필름 시편(54)이 제자리에 홀딩되도록 한다. 로봇 시스템(12) 및 재료 홀더 시스템(14)은 진공 컵(94)에 의해 제자리에 홀딩되어 있기 때문에 하부 그리퍼(82)로부터 필름 시편을 수집할 수 있다. 진공 컵(94)은 하부 그리퍼(82)상에 도시되어 있지만, 그것은 또한 파단 또는 변형된 후에 시편의 상부를 홀딩하기 이해 상부 그리퍼(80)에 배치될 수 있다.
도 17은 본 개시의 일 실시예에 따른 상부 그리퍼(80)의 부분의 3 차원 사시도를 도시한다. 도 17은 장착 블록(106)에 부착된 로드 셀(84)을 도시한다. 완충 재료(dampening material)(96)의 층은 장착 블록(106)과 로드 마운트(load mount)(98) 사이에 위치된다. 브래킷(104)은 컬럼(column)(108)에 의해 완충 재료(96)에 부착될 수 있다. 브래킷(104)은 상부 프레임(86)에 전체 어셈블리(로드 셀(84), 상부 그리퍼(80), 장착 블록(106) 및 완충 재료(96))를 부착할 수 있다. 브래킷(104)는 파스너와 같은 공지된 방식으로 상부 프레임(86)에 부착될 수 있다. 완충 재료(96)는 필름 시편 파단으로 인한 임의의 진동을 흡수할 수 있다. 완충 재료(96)의 예시적인 형태는 ISODAMP C-1002™일 수 있다. 완충 재료는 1 "두께의 층일 수 있다. 대안적으로, 완충 재료는 테스트 동안에 시편 사이에서 진동이 전달되는 것을 방지하는 재료 유형 및 두께로 선택될 수 있다. 이 배열은 테스트 동안에 진동 피드백을 줄인다.
도 18은 서로 가까이 (예를 들어, 공통 작업 표면(24) 또는 다른 프레임 워크 상에) 위치될 수 있는 제 1 인장 테스트 시스템(10) 및 제 2 인장 테스트 시스템(100)의 3 차원 사시도를 도시한다. 이 구성은 2 개의 인장 테스트 장치(22)가 실질적으로 동시에 인장 테스트를 수행할 수 있게 하여, 전체 시스템의 스루풋을 증가시킬 수 있다. 전달 시스템(110)이 제공될 수도 있다. 전달 시스템(110)은 인장 테스트 시스템(10, 100)으로 테스트하기 위해 샘플을 작업 표면(24)으로 전달하는 트레이(tray)를 포함할 수 있다. 전달 시스템(110)은 로봇 시스템(12) 및 재료 홀더 시스템(14)이 트레이로부터 필름 샘플을 회수하고 테스트 절차의 단계를 진행할 수 있는 인장 테스트 시스템(10 또는 100) 앞의 위치로 필름 샘플(52)을 전달할 수 있다.
본 개시의 실시예들에 따르면, 인장 테스트 시스템(10)을 위한 테스트 절차는 이하의 단계들을 포함할 수 있다 :
(a) 재료 홀더 시스템(14)을 사용하여 필름 샘플을 픽업하기 위해 로봇 시스템(12)을 작동시키는 단계,
(b) 절단 디바이스(16)을 사용하여 6" x 6"(152mm x 152mm) 정사각형으로부터 6 개의 1" x 6"(25mm x 152mm) 필름 시편으로 필름 샘플을 절단하는 단계,
(c) 재료 두께 측정 시스템(20)을 사용하여 필름 시편의 두께를 측정하는 단계,
(d) 필름 시편을 인장 테스트 장치(22)에 배치하는 단계, 및
(e) 필름 시편을 연신하고, 관심있는 필름 특성을 측정하고, 테스트된 필름 시편을 폐기하는 단계.
(f) 옵션으로, 테스트 절차는 재료 이미지 분석기 시스템(18)을 사용하여 필름 시편의 재료 이미지 분석을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
단계 (a)와 관련하여, 6" x 6"(152mm x 152mm) 필름 샘플은 이송 시스템을 통해 작업 표면(24)으로 이송된다. 시편은 다양한 테스트 동안 획득된 데이터를 필름 샘플과 연관시키기 위해 샘플 식별자를 가질 수 있다. 예를 들어, 필름 샘플은 라이브러리 ID와 연관될 수 있고/있거나 파일 명명 규칙과 상관될 수 있다(correlate). 로봇 시스템(12)은 이송 시스템상의 필름 샘플 근처에서 재료 홀더 시스템(14)을 이동시킨다. 진공 컵(38)이 하향 방향을 향한 상태에서, 6" x 6"(152mm x 152mm) 필름 샘플이 진공 컵(38)에 파지되어 재료 홀더 시스템(14) 및 진공 컵(38)이 필름 샘플 위에 위치된다.
단계 (b)와 관련하여, 로봇 시스템(12)은 파지된 6" x 6"(152mm x 152mm) 필름 샘플을 갖는 재료 홀더 시스템(14)을 절단 디바이스(16)로 이동시킨다. 로봇 시스템(12)은 재료 홀더 시스템(14)(6" x 6"(152mm x 152mm) 필름 샘플 파지)을 압력 플레이트(50)와 필름 지지 플레이트(42) 사이에 배치한다. 재료 홀더 시스템(14)은 6" x 6"(152mm x 152mm) 필름 샘플을 필름 지지 플레이트(42)의 공동(44)으로 낮춘다. 로봇 시스템(12)은 필름 지지 플레이트(42)와 압력 플레이트(50) 사이로부터 재료 홀더 시스템(14)을 제거한다. 압력 플레이트 (50)는 필름 샘플이 압력 플레이트 (50)와 필름 지지 플레이트 (42) 사이에 파지되도록 (예를 들어, 짝을 이루는(mating) 텅 (66) 및 홈 (64)의 도움으로) 공압 실린더 (46)로 낮춘다. 선형 액추에이터(40)는 필름 샘플을 절단하기 위해 블레이드(56)를 이동시키도록 작동된다. 따라서, 필름 샘플은 6" x 6"(152mm x 152mm) 필름 샘플로부터 예를 들어 1" x 6"(25mm x 152mm) 필름 시편으로 절단된다. 이어서, 공압 실린더(46)가 압력 플레이트(50)를 상승시켜 절단 디바이스(16)를 개방시킬 때 진공 컵(68)은 1" x 6"(25mm x 152mm) 필름 시편을 제자리에 홀딩하도록 활성화된다.
로봇 시스템(12)은 이제 재료 홀더 시스템(14)을 이동시켜 1" x 6"(25mm x 152mm) 필름 시편을 회수한다. 재료 홀더 시스템(14)은 필름 지지 플레이트(42)와 압력 플레이트(50) 사이에 위치된다. 로봇 시스템(12)은 그런 다음 재료 홀더 시스템(14)의 진공 컵(38)이 필름 시편에 인접하여 위치되도록 재료 홀더 시스템(14)을 낮춘다. 진공 컵(38)이 작동되는데, 즉 진공 흡착이 턴온된다. 필름 시편은 그런 다음 재료 홀더 시스템(14)의 진공 컵(38)으로 파지된다. 이때, 필름 지지 플레이트(42)의 진공 컵(68)이 방출될 수 있다. 이때, 필름 시편은 더 이상 필름 지지 플레이트(42)에 홀딩되지 않으며 로봇 시스템(12) 및 재료 홀더 시스템(14)은 인장 테스트 시스템(10)의 다음 단계로 필름 시편을 조작할 수 있다. 본 개시는 6 개의 1 "x 6"(25mm x 152mm) 필름 시편으로 절단된 6 "x 6"(152mm x 152mm) 필름 샘플을 논의하지만, 재료 홀더 시스템은 절단 장치 (16)로부터 인장 테스트 시스템 (10)내 후속 스테이션까지 다양한 크기를 갖는 임의의 수의 샘플 및 시편을 운반할 수 있다. 도 3은 재료 홀더 시스템(14)에 의해 홀딩되는 3 개의 1" x 6"(25mm x 152mm) 필름 시편을 도시하지만, 대안적인 실시예는 6 개의 1" x 6"(25mm x 152mm) 필름 시편 모두를 동시에 이동시키는 것을 허용할 수 있음을 이해해야 한다. 로봇 시스템(12)은 재료 홀더 시스템(14)을 이동시켜 필름 시편을 절단 디바이스(16)로부터 재료 이미지 분석기 시스템(18)으로 이동시킬 수 있다.
단계 (c)와 관련하여, 로봇 시스템(12)은 필름 시편을 홀딩하는 재료 홀더 시스템(14)을 재료 이미지 분석기 시스템(18)으로부터 재료 두께 측정 시스템(20)으로 이동시킨다. 로봇 시스템(12) 및 재료 홀더 시스템(14)은 필름 시편을 컨택 표면들(70a, 70b) 사이에 위치시킨다. 센서(72)에 링크된 샤프트(shaft)(76)는 컨택 표면(70b)을 위로 이동시키도록 연장된다. 필름 시편은 컨택 표면(70a, 70b) 사이에 제자리에 홀딩될 수 있다. 센서(72)는 연장된 컨택 표면(70b)과 상부 컨택 표면(70a) 사이의 차이를 측정하여 필름 시편의 두께를 측정할 수 있다. 비록 3 개의 두께 측정 센서(72)가 도시되어 있지만, 재료 홀더 시스템(14)이 6 개의 필름 시편을 처리하도록 구성된 때, 6 개의 센서(72)는 6 개의 필름 시편 모두가 동시에 또는 실질적으로 동시에 두께가 측정될 수 있도록 제공될 수 있다는 것이 이해된다. 대안적으로, 재료 홀더 시스템(14)은 제 1, 제 3 및 제 5 필름 시편이 먼저 두께가 측정되도록 이동될 수 있다. 그런 다음, 재료 홀더 시스템(14)은 컨택 표면(70a, 70b) 사이에 제 2, 제 4 및 제 6 필름 시편을 위치시키도록 이동될 수 있고 이들의 두께가 측정될 수 있다.
단계 (d)와 관련하여, 로봇 시스템(12)은 1" x 6"(25mm x 152mm) 필름 시편을 홀딩하는 재료 홀더 시스템(14)을 인장 테스트 장치(22)로 이동시킨다. 로봇 시스템(12)은 3 개의 필름 시편을 상부 그리퍼(80)와 하부 그리퍼(82)의 라인 그립(90, 92) 사이에 (도 14에 도시됨) 위치시킨다. 공압식 오퍼레이터는 그런 다음 상부 그리퍼(80) 및 하부 그리퍼(82)를 작동시켜 라인 그립(90 및 92)을 폐쇄한다. 각각의 상부 그리퍼(80) 및 하부 그리퍼(82)의 라인 그립(90, 92)은 이제 테스트될 1" x 6"(25 mm x 152 mm) 필름 시편의 대향 단부를 파지한다. 재료 홀더 시스템(14)의 진공 컵(38)은 필름 시편으로부터 방출된다. 로봇 시스템(12)은 상부 그리퍼(80)와 하부 그리퍼(82) 사이에서 재료 홀더 시스템(14)을 퇴피시킨다. 로봇 시스템(12)과 재료 홀더 시스템(14)은 절단 디바이스(16)에 남겨진 3 개의 필름 시편으로 복귀하여 단계 (c), (d)를 반복할 수 있지만, 단계 (e)는 인장 테스트 장치(22)에 배치된 처음 3 개의 필름 시편에 대해 수행된다. 따라서, 3 개의 필름 시편은 다른 3 개의 필름 시편의 인장 테스트와 동시에 또는 실질적으로 동시에 인장 테스트 장치 (22)에 배치된다.
대안적인 작동 시퀀스에 따르면, 재료 홀더 시스템(14)은 제 1 의1" x 6"(25mm x 152mm) 필름 시편을 제 1 세트의 상부 및 하부 그리퍼(80, 82)와 정렬시킨다. 공압식 오퍼레이터는 그리퍼 세트를 작동시켜 폐쇄한다. 재료 홀더 시스템(14)상의 진공 컵(38)은 파지된 필름 시편으로부터만 방출된다. 그런 다음 재료 홀더 시스템(14)은 제 2의 1" x 6"(25mm x 152mm) 필름 시편을 제 2 세트의 상부 및 하부 그리퍼(80, 82)와 정렬시키도록 이동될 수 있다. 공압식 오퍼레이터는 제 2 세트의 그리퍼를 작동시켜 폐쇄한다. 재료 홀더 시스템의 진공 컵(38)은 제 2 그립 필름 시편으로부터만 방출된다. 그런 다음 재료 홀더 시스템(14)은 제 3의 1" x 6"(25mm x 152mm) 필름 시편을 제 3 세트의 상부 및 하부 그리퍼(80, 82)와 정렬시키도록 이동될 수 있다. 공압식 오퍼레이터는 제 3 세트의 그리퍼를 작동시켜 폐쇄한다. 진공 컵(38)은 제 3 그립 필름 시편으로부터만 방출된다. 따라서, 이 실시예에 따르면, 3 개의 필름 시편이 인장 테스트 장치(22)에 순차적으로 배치된다.
6 개의 1" x"6(25mm x 152mm) 필름 시편이 재료 홀더 시스템(14)에 의해 홀딩되는 실시예에서, 처음 3 개의 필름 시편은 전술한 방식 중 하나로 제 1 세트의 상부 및 하부 그리퍼(80R, 82R 또는 80L, 82L (도 13))에 배치될 수 있다. 그런 다음, 로봇 시스템(12) 및 재료 홀더 시스템(14)은 다른 세트의 상부 및 하부 그리퍼(80L, 82L 또는 80R, 82R (도 13))으로 이동될 수 있고 나머지 3 개의 1”x 6”(25mm x 152 mm) 필름 시편은 처음 3 개의 필름 시편과 동일한 방식으로 그 내부에 배치될 수 있다. 로봇 시스템(12)은 이어서 상부 그리퍼(80) 및 하부 그리퍼(82)로부터 재료 홀더 시스템(14)을 퇴피시킨다.
단계 (e)와 관련하여, 인장 테스트 장치(22)의 하부 프레임(88)은 제어된 속도로 하향으로 이동하도록 작동될 수 있어서, 상부 그리퍼(80)와 하부 그리퍼(82) 사이에 파지된 각각의 1" x 6"(25mm x 152mm) 필름 시편을 신장시킨다. 하부 프레임 (88)은 3 개의 필름 시편이 모두 파단될 때까지 또는 하부 프레임 (88)이 최저 위치에 도달하여 필름 시편이 변형될 때까지 하향으로 이동될 수 있다. 하부 프레임(88)의 이동 동안에, 각각의 로드 셀(84)은 각각의 상부 그리퍼(80)에 의해 가해지는 힘을 측정한다. 일부 테스트에서, 필름 시편의 일부 또는 전부는 상부 그리퍼(80)에 의해 파지된 제 1 부분 및 하부 그리퍼(82)에 의해 파지된 제 2 파편으로 파단될 수 있다. 일부 테스트에서, 필름 시편의 일부 또는 전부가 파단되지 않을 수 있지만, 대신 변형되고 최대 신장에 도달하도록 신장될 수 있다. 각각의 필름 시편에 대한 로드 및 변위 데이터는 분석을 위해 컴퓨터 시스템(26)에 의해 레코딩된다.
테스트가 완료된 후, 상부 그리퍼(80) 및 하부 그리퍼(82)에 위치한 진공 컵(94)은 필름 시편의 제 1 부분 및 제 2 부분을 홀딩하도록 작동될 수 있다. 로봇 시스템(12)은 테스트된 필름 시편과 정렬되도록 상부 그리퍼(80)와 하부 그리퍼(82) 사이로 재료 홀더 시스템(14)을 이동시킬 수 있다. 재료 홀더 시스템(14)상의 진공 컵(38)은 필름 시편을 홀딩하도록 작동될 수 있고 그리퍼상의 진공 컵(94)이 방출될 수 있다. 재료 홀더 시스템(14)이 이제 테스트된 필름 시편을 홀딩한다. 로봇 시스템(12)은 재료 홀더 시스템(14)을 진공 컵(38)이 방출되고 필름 시편이 폐기 컨테이너 내로 떨어지는 폐기 스테이션으로 이동시킬 수 있다.
폐기 장소는 재로 홀더 시스템(14)으로부터 필름을 제거하기 위해 폐기 컨테이너 및 브러시 또는 공기 퍼프(puff of air)와 같은 폐기 메커니즘을 포함할 수 있다. 재료 홀더 시스템(14)은 폐기 메커니즘에 반대로 이동되어 테스트된 시편을 진공 컵(38)으로부터 제거할 수 있다. 일단 제거되면, 테스트 시편은 폐기 컨테이너로 떨어질 수 있다.
테스트된 필름 시편을 폐기한 후, 로봇 시스템(12) 및 재료 홀더 시스템(14)은 단계 (a)로 되돌아 가서 이송 시스템으로부터 다른 6" x 6"(152mm x 152mm) 필름 샘플을 회수하고 단계 (a) 내지 (e)를 다시 시작할 수 있다. 로봇 시스템(12) 및 인장 테스트 시스템(10)의 이러한 연속적인 작동은 높은 스루풋의 필름 테스트를 허용한다.
실시예들에 따르면, 및 단계 (b), (c) 및 (d) 중 임의의 단계 이전에, 필름 시편은 재료 이미지 분석기 시스템(18)으로 이동될 수 있다. 필름 시편은 재료 이미지 분석기 시스템(18)을 사용하여 결함 및 불규칙성에 대해 분석된다. 필름 시편의 폭은 재료 이미지 분석기 시스템(18)에 의해 측정된다. 컴퓨터 시스템(26)은 재료 이미지 분석기 시스템(18)에 의해 획득된 이미지 정보를 수집 및 저장할 수 있다. 데이터는 컴퓨터 시스템(26)상의 마스터 데이터베이스에 저장되거나 컴퓨터 시스템(26)과 통신할 수 있다. 재료 이미지 분석기 시스템(18)과의 분석 단계는 생략될 수 있다.
프로세스가 상기 순서로 설명되었지만, 순서가 변경될 수 있음이 인식될 것이다. 실시예들에 따르면, 단계들의 순서는 예를 들어 효율을 증진시키기 위해 장비의 근접성에 기초하여 선택될 수 있다.
일 실시예에서, 인장 테스트 장치(22)와 통신하는 컴퓨터 시스템(26)은 인장 테스트 장치(22)로부터 힘 데이터 및 변위 데이터를 수집 또는 취득하도록 구성된다. 컴퓨터 시스템(26)은 결과를 정확한 식별에 링크하는 데이터베이스에 결과를 저장할 수 있도록 사용자가 테스트 파라미터 예컨대, 플라스틱 필름의 식별과 같은 테스트 파라미터를 입력할 수 있게 하는 사용자 인터페이스를 포함한다. 컴퓨터는 또한 재료 두께 측정 시스템(20) 및 재료 이미지 분석기 시스템(18)으로부터 데이터를 수신 및 저장할 수 있다. 사용자 인터페이스는 또한 거리, 속도 및 가속도와 같은 테스트 파라미터의 변경을 허용한다. 컴퓨터 시스템(26)은 로봇 시스템(12) 및 인장 테스트 장치(22) 모두를 제어할 수 있다. 필름 시편에 대해 획득된 데이터는 컴퓨터 시스템(26)상의 마스터 데이터베이스에 저장되거나 컴퓨터 시스템(26)과 통신할 수 있다. 데이터는 두께 측정, 이미지 분석, 힘 프로파일, 인장 테스트 데이터, 불규칙성 또는 결함 등을 포함할 수 있다.
가해지는 로드와 그리퍼의 변위는 인장 테스트 동안에 측정 및 레코딩된다. 수율 및 파단시 필름 시편의 인장 강도가 측정되고 인장 테스트 동안 레코딩된다. 이러한 변수는 항복 응력, 항복 스트레인, 파단 응력, 파단 스트레인, 최대 하중, 에너지 대 파단 및 단위 체적당 에너지를 포함하여 일련의 결과 메트릭을 계산하는데 사용될 수 있다. 신장 및 변위 당 힘은 인장 테스트에서 밀접하게 관련되어 있기 때문에, 이들 값을 동시에 저장하는데 사용되는 제어기가 사용될 수 있다. 이러한 제어기의 예로는 Aerotech 제어기가 있다. 제어기는 보조 시스템의 레이턴시(latency)없이 로드 셀 힘 값과 인코더 판독 값을 동시에 저장할 수 있다. 테스트가 완료되면, 컴퓨터 시스템(26)은 데이터를 제이기로부터 이동시켜 분석할 수 있다. 데이터가 처리되면, 데이터는 컴퓨터 시스템(26)에 저장될 수 있다. 컴퓨터 시스템(26)은 또한 재료 샘플의 배치(batch)에 대한 전체 통계를 결정할 수 있다. 즉, 배치의 모든 개별 샘플에 대한 값은 평균화될 수 있고 이상치가 배치 분석에서 플래그(flag) 및/또는 제거될 수 있다.
용어 "컴퓨터 시스템"은 본 출원에서 임의의 데이터 처리 시스템 또는 처리 유닛 또는 유닛들을 포함하도록 사용된다. 컴퓨터 시스템은 하나 이상의 프로세서 또는 처리 유닛을 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템은 또한 분산 컴퓨팅 시스템일 수 있다. 컴퓨터 시스템은 예를 들어 데스크탑 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, PDA, 태블릿, 스마트 폰 등과 같은 핸드 헬드 컴퓨팅 디바이스를 포함할 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품 또는 제품들은 위 단락에 설명된 기능 또는 작동을 수행하기 위해 컴퓨터 시스템 상에서 실행될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 전술한 기능 또는 동작을 수행하기 위해 컴퓨터 시스템을 프로그래밍하는데 사용되는 명령을 갖는 컴퓨터 판독 가능 매체 또는 저장 매체 또는 매체들을 포함한다. 적합한 저장 매체 또는 매체들의 예는 플로피 디스크, 광 디스크, DVD, CD ROM, 자기 광 디스크, RAM, EPROM, EEPROM, 자기 또는 광 카드, 하드 디스크, 플래시 카드 (예를 들어, USB 플래시 카드), PCMCIA 메모리 카드, 스마트 카드 또는 다른 매체를 포함하는 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 매체에 저장되어 있는 프로그램은 범용 또는 특수화된 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 디바이스를 통해 사용자와 상호 작용할 수 있게 한다. 소프트웨어는 또한 디바이스 드라이버, 운영 체제 및 사용자 애플리케이션을 포함할 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 대안적으로, 컴퓨터에 구현된 컴퓨터 프로그램 제품 (들) (예를 들어, 소프트웨어 제품)으로서 상기 설명된 방법들을 구현하는 것 대신에 또는 그에 부가하여, 상기 설명된 방법은 예를 들어 애플리케이션 특정 집적 회로 (ASIC) 또는 그래픽 프로세싱 유닛 또는 유닛들(GPU)은 본 개시의 방법, 방법들, 기능 또는 동작을 구현하도록 디자인될 수 있다.
Claims (18)
- 필름 샘플의 물리적 특성을 분석하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은,
상기 필름 샘플을 홀딩하도록 구성된 재료 홀더 시스템;
상기 필름 샘플을 신장시키고 상기 필름 샘플의 물리적 특성을 결정하도록 구성된 인장 테스트 시스템(tensile testing system); 및
상기 재료 홀더 시스템에 결합되고 스테이션(station)들 사이에서 분석 또는 테스트될 홀딩된 상기 필름 샘플을 이동시키도록 구성된 가동 시스템(movable system)을 포함하고,
상기 가동 시스템은 상기 재료 홀더 시스템에 홀딩된 상기 필름 샘플을 상기 인장 테스트 시스템으로 이동시키도록 구성된, 시스템. - 제 1 항에 있어서, 상기 가동 시스템, 상기 재료 홀더 시스템 및 상기 인장 테스트 시스템을 제어하도록 구성된 컴퓨터 시스템을 더 포함하는, 시스템.
- 제 1 항 및 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가동 시스템은 관절 암(articulating-arm) 로봇 암 시스템을 포함하는, 시스템.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재료 홀더 시스템은 진공 흡착을 통해 상기 필름 샘플을 홀딩하도록 구성된 진공 흡착 시스템을 포함하는, 시스템.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인장 테스트 시스템은 적어도 제 1 그리퍼(gripper) 및 제 2 그리퍼를 포함하고, 상기 제 1 그리퍼 및 제 2 그리퍼는 상기 필름 샘플을 그것들 사이에 홀딩하도록 구성된, 시스템.
- 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 그리퍼는 상기 필름 샘플을 신장시키기 위해 상기 제 2 그리퍼에 대해 이동 가능한, 시스템.
- 제 6 항에 있어서, 상기 인장 테스트 시스템은 상기 필름 샘플의 신장 동안 상기 제 1 그리퍼 또는 상기 제 2 그리퍼에 인가되는 힘을 측정하도록 구성된 로드 셀(load cell)을 더 포함하는, 시스템.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 커터(cutter)를 더 포함하고, 상기 커터는 선형 액추에이터 및 상기 필름 샘플을 복수의 필름 시편(specimen)으로 절단하도록 구성된 하나 이상의 블레이드를 포함하는, 시스템.
- 제 8 항에 있어서, 상기 커터는 필름 지지 플레이트 및 압력 플레이트를 더 포함하고, 적어도 하나의 텅(tongue)이 상기 필름 지지 플레이트 및 상기 압력 플레이트 중 하나에 위치되고, 적어도 하나의 홈(groove)이 상기 필름 지지 플레이트 및 상기 압력 플레이트 중 다른 하나에 위치되고, 상기 적어도 하나의 텅은 상기 필름 샘플을 그것들 사이에서 제자리에 홀딩하기 위해 절단 동안 상기 적어도 하나의 홈과 맞물리는, 시스템.
- 제 9 항에 있어서, 상기 필름 지지 플레이트는 절단 후 복수의 필름 시편을 홀딩하도록 구성된 적어도 하나의 진공 컵을 포함하는, 시스템.
- 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인장 테스트 시스템은 상기 필름 시편이 신장된 후 복수의 필름 시편 중 하나를 홀딩하도록 구성된 적어도 하나의 진공 컵을 더 포함하는, 시스템.
- 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필름 샘플의 두께를 측정하도록 구성된 재료 두께 측정 시스템을 더 포함하는, 시스템.
- 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필름 샘플의 결함(defect)을 검출하도록 구성된 재료 이미지 분석기 시스템을 더 포함하는, 시스템.
- 제 13 항에 있어서, 상기 이미지 분석기 시스템은 상기 필름 샘플의 폭을 측정하도록 구성된, 시스템.
- 필름 샘플의 물리적 특성을 분석하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은,
가동(movable) 시스템에 연결된 재료 홀더 시스템으로 상기 필름 샘플을 홀딩하는 단계;
인장 테스트 시스템으로 상기 필름 샘플의 물리적 특성을 테스트하는 단계; 및
상기 필름 샘플을 홀딩하는 상기 재료 홀더 시스템을 상기 가동 시스템을 사용하여 상기 인장 테스트 시스템으로 이동시키는 단계를 포함하는, 방법. - 제 15 항에 있어서, 상기 필름 샘플의 물리적 특성을 테스트하는 단계는,
상기 인장 테스트 시스템의 제 1 그리퍼에 상기 필름 샘플의 제 1 부분을 파지하는 단계;
상기 인장 테스트 시스템의 제 2 그리퍼에 상기 필름 샘플의 제 2 부분을 파지하는 단계;
상기 필름 샘플을 신장시키기 위해 상기 제 1 그리퍼 및 상기 제 2 그리퍼를 서로에 대해 이동시키는 단계; 및
신장 동안 상기 제 1 그리퍼 및 상기 제 2 그리퍼 중 하나에 가해지는 힘을 측정하는 단계를 포함하는, 방법. - 제 15 항 및 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필름 샘플을 복수의 필름 시편으로 절단하는 단계를 더 포함하고, 상기 인장 테스트 시스템으로 상기 필름 샘플의 물리적 특성을 테스트하는 단계는 상기 인장 테스트 시스템으로 복수의 필름 시편을 테스트하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제 15 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인장 테스트 시스템으로 상기 필름 샘플의 물리적 특성을 테스트하는 단계는,
제 2 필름 샘플을 복수의 필름 시편으로 절단하는 단계;
이미지 분석기 시스템으로 제 2 필름 샘플에서 결함을 검출하는 단계;
상기 이미지 분석기 시스템으로 상기 제 2 필름 샘플의 폭을 측정하는 단계; 또는
두께 측정 시스템으로 제 2 필름 샘플의 두께를 측정하는 단계 중 적어도 하나와 동시에 수행되는, 방법.
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